JP7427239B2 - Signal processing device, signal processing method and program - Google Patents

Signal processing device, signal processing method and program Download PDF

Info

Publication number
JP7427239B2
JP7427239B2 JP2020052998A JP2020052998A JP7427239B2 JP 7427239 B2 JP7427239 B2 JP 7427239B2 JP 2020052998 A JP2020052998 A JP 2020052998A JP 2020052998 A JP2020052998 A JP 2020052998A JP 7427239 B2 JP7427239 B2 JP 7427239B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
section
estimated
sections
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020052998A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021152763A (en
Inventor
茂樹 広林
昌也 長谷川
秀亮 牧
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyama University
Original Assignee
Toyama University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyama University filed Critical Toyama University
Priority to JP2020052998A priority Critical patent/JP7427239B2/en
Publication of JP2021152763A publication Critical patent/JP2021152763A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7427239B2 publication Critical patent/JP7427239B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、信号処理装置、信号処理方法およびプログラムに関する。本発明は、例えば、参照区間の周辺に設定された周辺区間における解析対象信号に対して周波数解析を行って得られた特性パラメータを用いて、参照区間における解析対象信号の推定値を推定し、解析対象信号に付加されたノイズを低減する技術に関する。 The present invention relates to a signal processing device, a signal processing method, and a program. The present invention estimates an estimated value of a signal to be analyzed in a reference interval using, for example, a characteristic parameter obtained by performing frequency analysis on a signal to be analyzed in a peripheral interval set around a reference interval, This invention relates to technology for reducing noise added to signals to be analyzed.

従来から画像をはじめとする解析対象信号に付加されたノイズを低減するための種々の手法が提案されてきた。例えば、特許文献1に記載の画像処理方法は、理想画像をPSFによって畳み込み演算して予測画像を生成するステップと、予測画像からオリジナル画像を差分処理してエラー画像を生成するステップと、エラー画像を係数で乗算したPSFによって逆畳み込み演算し、理想画像から畳み込み演算後の画像を差分処理して差分画像を生成するステップと、差分画像を新たな理想画像として前記ステップを複数回繰り返してノイズ画像を得た後、オリジナル画像からノイズ画像を差分処理して修正オリジナル画像を得るステップを備える。 Various methods have been proposed for reducing noise added to analysis target signals such as images. For example, the image processing method described in Patent Document 1 includes a step of convolving an ideal image using PSF to generate a predicted image, a step of performing differential processing on an original image from the predicted image to generate an error image, and a step of generating an error image by performing differential processing on an original image from the predicted image. A step of performing a deconvolution operation using the PSF multiplied by a coefficient, and performing a difference process on the image after the convolution operation from the ideal image to generate a difference image, and repeating the above steps multiple times with the difference image as a new ideal image to generate a noise image. After obtaining the modified original image, the modified original image is obtained by subtracting the noise image from the original image.

また、非特許文献1には、解析対象とする画像の一部である参照ブロック内の部分画像に類似する類似ブロックをブロックマッチング(Block Matching)により複数個探索し、複数の類似ブロックそれぞれの部分画像を積層して三次元のグループを形成し、三次元の周波数領域においてウィーナフィルタリングを行って空間領域に逆変換されたフィルタリング後の類似ブロックを平均して参照ブロックの推定値を定める手法について記載されている。 Furthermore, in Non-Patent Document 1, a plurality of similar blocks similar to a partial image in a reference block that is a part of an image to be analyzed are searched for by block matching, and a portion of each of the plurality of similar blocks is Describes a method of stacking images to form a three-dimensional group, performing Wiener filtering in the three-dimensional frequency domain, and averaging filtered similar blocks that are inversely transformed to the spatial domain to determine the estimated value of the reference block. has been done.

特開2019-144808号公報Japanese Patent Application Publication No. 2019-144808 特許第5590547号公報Patent No. 5590547

Kostadin Dabov,Alessandro Foi,Vladimir Katkovnik,and Karen Egiazarian,“Image denoising by sparse 3D transform-domain collaborative filtering”,IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING,VOL.16,NO.8,pp.1-16,AUGUST 2007Kostadin Dabov, Alessandro Foi, Vladimir Katkovnik, and Karen Egiazarian, “Image denoising by sparse 3D transform-domain coll aborative filtering”, IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, VOL. 16, NO. 8, pp. 1-16, AUGUST 2007

上記の手法をはじめとする従来の手法では、参照ブロックとは別個の部位に存在するブロックのうち、参照ブロックに類似する類似ブロックを用いている。類似ブロックの探索においては、参照ブロックにおける信号値全体と候補となるブロックにおける信号値全体としての類似度を示す指標値が用いられることが通例である。かかる指標値として、例えば、画素ごとの輝度値に基づくL2ノルムが用いられることがある。しかしながら、解析対象の画像において、輝度が位置により顕著に変化するエッジ部などの細部まで参照ブロック一致する類似ブロックが含まれるとは限らない。他方、ノイズの抑圧において、エッジ部の分布が異なる類似ブロックを用いると、それらの輝度の空間変化が参照ブロック間で平均化されるので、細部の情報が失われるために、画質の低下を招くことがあった。 Conventional methods, including the above-mentioned method, use similar blocks that are similar to the reference block among blocks that exist in different parts from the reference block. In searching for similar blocks, an index value that indicates the degree of similarity between all signal values in a reference block and all signal values in a candidate block is usually used. As such an index value, for example, an L2 norm based on the luminance value of each pixel may be used. However, the image to be analyzed does not necessarily include similar blocks that match the reference block even in details such as edge areas where brightness changes significantly depending on position. On the other hand, when similar blocks with different edge distributions are used to suppress noise, spatial changes in brightness are averaged between reference blocks, resulting in loss of detailed information and a decrease in image quality. Something happened.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、解析対象信号の品質低下を抑制しながらノイズを抑圧することを一つの課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to suppress noise while suppressing deterioration in quality of a signal to be analyzed.

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、本発明の一態様は、複数個の第1区間のそれぞれにおける解析対象信号から当該解析対象信号の特性を示す特性パラメータを算出する解析部と、前記第1区間のそれぞれについて前記特性パラメータに基づいて第2区間における解析対象信号の推定値を含む区間別推定信号を生成する推定部と、第1区間のそれぞれの区間別推定信号を平均化して推定信号を生成する処理部と、を備え、前記解析部は、周波数成分ごとの振幅と位相を前記特性パラメータとして算出し、前記推定部は、前記周波数成分ごとに前記第1区間のそれぞれから前記第2区間への変位に基づいて前記位相の補正値を算出し、前記振幅と前記位相の補正値に基づいて前記第2区間における再構成値を算出し、前記再構成値を含む周波数別推定信号を合成して前記区間別推定信号を生成する信号処理装置である。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and one aspect of the present invention is to calculate a characteristic parameter indicating the characteristic of the signal to be analyzed from the signal to be analyzed in each of a plurality of first sections. an analysis unit; an estimation unit that generates an estimated signal for each section including an estimated value of the signal to be analyzed in a second section based on the characteristic parameter for each of the first sections; and an estimated signal for each section of the first section. a processing unit that averages the estimated signal to generate an estimated signal , the analysis unit calculates the amplitude and phase of each frequency component as the characteristic parameters, and the estimation unit calculates the first interval for each frequency component. A correction value of the phase is calculated based on the displacement from each of the amplitudes and the correction values of the phase to the second section, a reconstructed value in the second section is calculated based on the amplitude and the corrected value of the phase, and the reconstructed value is This is a signal processing device that generates the interval-specific estimation signal by synthesizing the frequency-specific estimation signals including the frequency-specific estimation signals .

本実施形態によれば、解析対象信号の品質低下を抑制しながらノイズを抑圧することができる。 According to this embodiment, it is possible to suppress noise while suppressing deterioration in the quality of the signal to be analyzed.

本実施形態に係る信号処理装置の機能構成例を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing an example of a functional configuration of a signal processing device according to an embodiment. FIG. 本実施形態に係る信号処理装置のハードウェア構成例を示す概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram showing an example of a hardware configuration of a signal processing device according to an embodiment. FIG. 本実施形態に係る区間別推定信号の生成方法の例を説明するための説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining an example of a method for generating a section-by-section estimation signal according to the present embodiment. 推定信号の再構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of reconstructing an estimated signal. 本実施形態に係る区間別推定信号の生成方法の他の例を説明するための説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining another example of the method for generating a section-by-section estimated signal according to the present embodiment. 推定信号の他の再構成例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of reconstruction of an estimated signal. 解析対象の画像の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an image to be analyzed. 解析対象の画像の他の例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing another example of an image to be analyzed. 本実施形態に係るノイズ抑圧処理の例を示すフローチャートである。7 is a flowchart illustrating an example of noise suppression processing according to the present embodiment. 原画像と再構成画像の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an original image and a reconstructed image. 解析対象の標準画像の例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of a standard image to be analyzed. 標準画像に基づく原画像、ノイズ付加画像および再構成画像の例を示す。Examples of an original image, a noise-added image, and a reconstructed image based on a standard image are shown. 再構成画像の推定精度の第1例を示す表である。7 is a table showing a first example of estimation accuracy of a reconstructed image. 再構成画像の推定精度の第2例を示す表である。It is a table showing a second example of estimation accuracy of reconstructed images. 高解像度画像に基づく原画像、ノイズ付加画像および再構成画像の第1例を示す。A first example of an original image, a noise-added image, and a reconstructed image based on a high-resolution image is shown. 高解像度画像に基づく原画像、ノイズ付加画像および再構成画像の第2例を示す。A second example of an original image, a noise-added image, and a reconstructed image based on a high-resolution image is shown. 高解像度画像の推定精度の例を示す表である。It is a table showing an example of estimation accuracy of high-resolution images.

(信号処理装置の構成)
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図1は、本実施形態に係る信号処理装置10の機能構成例を示す概略ブロック図である。
信号処理装置10は、解析対象とする解析対象信号を取得し、複数個の第1区間のそれぞれについて、その区間内の解析対象信号をなす信号値の系列の特性を示す特性パラメータを算出する。信号処理装置10は、複数個の第1区間のそれぞれについて算出した特性パラメータに基づいて、その複数個の第1区間とは別個の第2区間内の解析対象信号の推定値を算出し、算出した推定値を含む系列を区間別推定信号として生成する。そして、信号処理装置10は、複数個の第1区間のそれぞれについて生成した区間別推定信号に含まれる推定値を平均化し、平均化した推定値を信号値とする系列を推定信号として生成する。
(Configuration of signal processing device)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic block diagram showing an example of the functional configuration of a signal processing device 10 according to this embodiment.
The signal processing device 10 acquires a signal to be analyzed, and calculates, for each of the plurality of first sections, a characteristic parameter indicating the characteristic of a series of signal values forming the signal to be analyzed within that section. The signal processing device 10 calculates an estimated value of the signal to be analyzed in a second section that is separate from the plurality of first sections, based on the characteristic parameters calculated for each of the plurality of first sections. A series including the estimated values is generated as a section-specific estimated signal. Then, the signal processing device 10 averages the estimated values included in the section-by-section estimated signals generated for each of the plurality of first sections, and generates a sequence whose signal value is the averaged estimated value as the estimated signal.

解析対象信号は、1フレームの平面画像を示す画像信号のように複数の信号値が二次元空間上に配列される二次元信号に限られず、一次元信号、または三次元以上の高次元信号であってもよい。また、解析対象信号の種別は、画像を示す画像データに限られず、音声を示す音声データ、加速度の時間変化を示す加速度信号、心臓やその他の生体器官の活動状態を示す生体信号、など、種々の物理量の空間的または時間的変化を示す系列であれば、いずれであってもよい。但し、以下の説明では、主に解析対象信号が1フレームの平面画像を示す画像信号である場合を例にする。 The signal to be analyzed is not limited to a two-dimensional signal in which multiple signal values are arranged in a two-dimensional space, such as an image signal representing a plane image of one frame, but can also be a one-dimensional signal or a high-dimensional signal of three or more dimensions. There may be. Furthermore, the types of signals to be analyzed are not limited to image data representing images, but include audio data representing sounds, acceleration signals representing time changes in acceleration, biological signals representing the activity status of the heart and other biological organs, and so on. Any series may be used as long as it shows a spatial or temporal change in a physical quantity. However, in the following description, the case where the signal to be analyzed is an image signal representing one frame of a plane image will be mainly exemplified.

信号処理装置10は、制御部120と、記憶部140と、を含んで構成される。制御部120は、信号処理装置10が有する各種の機能を制御する。制御部120は、専用の部材であってもよいが、CPU(Central Processing Unit)などの1以上のプロセッサ102(後述)を含んで構成されてもよい。プロセッサ102は、記憶部140に予め記憶された所定のプログラムに記述された各種の命令で指示された処理を実行して制御部120としての機能を提供する。以下の説明では、各種のプログラムに記述された命令で指示された処理を実行することを、プログラムを実行する、プログラムの実行、などと呼ぶことがある。なお、制御部120は、データバスを経由して相互に各種のデータを入出力可能に記憶部140に接続されている。 The signal processing device 10 includes a control section 120 and a storage section 140. The control unit 120 controls various functions that the signal processing device 10 has. The control unit 120 may be a dedicated member, or may include one or more processors 102 (described later) such as a CPU (Central Processing Unit). The processor 102 provides the function of the control unit 120 by executing processes instructed by various instructions written in a predetermined program stored in the storage unit 140 in advance. In the following description, executing a process instructed by instructions written in various programs may be referred to as executing a program, executing a program, or the like. Note that the control section 120 is connected to the storage section 140 via a data bus so as to be able to input and output various types of data to and from each other.

記憶部140は、HDD(Hard Disk Drive)、フラッシュメモリ、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)、ROM(Read Only Memory)104(後述)、RAM(Random Access Memory)106(後述)などの記憶媒体の一部の組み合わせ、または全部を含んで構成される。記憶部140は、プログラムの他、各種のデータを記憶する。 The storage unit 140 is a storage medium such as an HDD (Hard Disk Drive), a flash memory, an EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory), a ROM (Read Only Memory) 104 (described later), and a RAM (Random Access Memory) 106 (described later). It consists of a combination of some or all of the following. The storage unit 140 stores various data in addition to programs.

次に、制御部120の機能構成例について説明する。制御部120は、信号取得部122と、特性解析部124と、信号推定部126と、強調処理部128と、を含んで構成される。その他、制御部120は、信号処理装置10としての機能を発揮させるための処理を行う。 Next, an example of the functional configuration of the control unit 120 will be described. The control unit 120 includes a signal acquisition unit 122, a characteristic analysis unit 124, a signal estimation unit 126, and an emphasis processing unit 128. In addition, the control unit 120 performs processing to perform the functions of the signal processing device 10.

信号取得部122は、本実施形態に係る信号処理の対象とする解析対象信号を取得する信号取得部122は、例えば、予め記憶部140に記憶されている複数の画像データのうち、操作入力部108(後述)から入力される操作信号で指示される画像データを特定し、特定した画像データを解析対象信号として読み出す。信号取得部122は、入出力部112を経由して入力される画像データを解析対象信号として受け付けてもよい。信号取得部122は、取得した解析対象信号を特性解析部124に出力する。 The signal acquisition unit 122 acquires an analysis target signal to be subjected to signal processing according to the present embodiment. Image data specified by an operation signal input from 108 (described later) is specified, and the specified image data is read out as a signal to be analyzed. The signal acquisition unit 122 may receive image data input via the input/output unit 112 as an analysis target signal. The signal acquisition unit 122 outputs the acquired analysis target signal to the characteristic analysis unit 124.

特性解析部124は、信号取得部122から入力された解析対象信号をなす区間のうち、処理の目標として参照する参照区間と、参照区間とはそれぞれ別個の区間である複数の周囲区間を特定する。本願では、区間とは、解析対象信号の一部をなす系列であって、複数の信号値を含んで構成される系列を意味し、時刻の順で信号列が配列された時系列と位置の順で信号値が配列された空間系列のいずれも含みうる。解析対象信号が平面画像を示す画像データである場合には、個々の区間は、その平面画像の全領域の一部の領域であり、それぞれ位置が異なる領域である。即ち、個々の区間は、複数の画素が二次元平面内に配列される画像ブロック(パッチ、処理単位、などとも呼ばれる)に相当する。以下の説明では、画像ブロックを単にブロックと呼び、平面画像の一部に相当するブロック内の部分画像または部分画像を示す信号をパッチと呼ぶことがある。また、平面画像内の参照区間、周囲区間を、それぞれ参照ブロック、周囲ブロックと呼び、参照ブロック内の部分画像、周囲ブロック内の部分画像を、それぞれ参照パッチ、周囲パッチと呼ぶことがある。 The characteristic analysis unit 124 identifies a reference interval to be referred to as a processing target and a plurality of surrounding intervals that are separate intervals from the reference interval, among the intervals forming the analysis target signal input from the signal acquisition unit 122. . In this application, an interval refers to a sequence that is part of the signal to be analyzed and is composed of multiple signal values, and is a time series in which signal sequences are arranged in order of time and position. It can include any spatial sequence in which signal values are arranged in order. When the signal to be analyzed is image data indicating a planar image, each section is a part of the entire area of the planar image, and each section is a region at a different position. That is, each section corresponds to an image block (also called a patch, a processing unit, etc.) in which a plurality of pixels are arranged in a two-dimensional plane. In the following description, an image block may be simply referred to as a block, and a partial image within a block corresponding to a part of a planar image or a signal indicating a partial image may be referred to as a patch. Further, a reference section and a surrounding section within a planar image may be called a reference block and a surrounding block, respectively, and a partial image within a reference block and a partial image within a surrounding block may be called a reference patch and a surrounding patch, respectively.

参照区間は、特性解析部124に予め設定されていてもよいし、特性解析部124は、操作入力部108(後述)または入出力部112(後述)から入力される操作信号で指示される区間を参照区間として特定してもよい。また、特性解析部124は、参照区間とは異なる区間であって参照区間と大きさが等しい区間を周囲区間として特定する。複数の周囲区間は、参照区間を除く解析対象信号の全区間にわたり設定されてもよいし、参照区間以外の一部の区間のみに設定されてもよい。例えば、特性解析部124は、参照区間から所定の範囲の時間または空間内に存在する区間(例えば、隣接する区間)を周囲区間として設定してもよい。解析対象信号が平面画像である場合には、参照ブロックは位置と大きさで指定され、個々の周囲ブロックは、それぞれ異なる位置で指定される。 The reference section may be set in advance in the characteristic analysis section 124, or the characteristic analysis section 124 may set a section specified by an operation signal input from the operation input section 108 (described later) or the input/output section 112 (described later). may be specified as the reference interval. Furthermore, the characteristic analysis unit 124 identifies a section that is different from the reference section and has the same size as the reference section as a surrounding section. The plurality of surrounding sections may be set over the entire section of the analysis target signal excluding the reference section, or may be set only on some sections other than the reference section. For example, the characteristic analysis unit 124 may set a section (for example, an adjacent section) that exists within a predetermined range of time or space from the reference section as the surrounding section. When the signal to be analyzed is a planar image, the reference block is specified by position and size, and each surrounding block is specified by a different position.

特性解析部124は、複数個の周囲区間のそれぞれにおける解析対象信号からその解析対象信号の特性を示す特性パラメータを算出する。特性解析部124は、例えば、周囲ブロックのそれぞれの部分画像を示す周囲パッチに対して、非調和解析(NHA: Non-Harmonic Analysis)を用いて、その周囲パッチをなす画素ごとの信号値からなる系列の振幅、位相、および周波数のセットを周波数成分ごとに定める。個々の周波数成分は、1セットの二次元の空間周波数に対応する。特性解析部124は、周囲区間ごとに算出した特性パラメータを信号推定部126に出力する。特性パラメータの算出方法の例については、後述する。 The characteristic analysis unit 124 calculates a characteristic parameter indicating the characteristic of the signal to be analyzed from the signal to be analyzed in each of the plurality of surrounding sections. For example, the characteristic analysis unit 124 uses non-harmonic analysis (NHA) on surrounding patches representing partial images of each surrounding block to determine the signal value of each pixel forming the surrounding patch. A set of sequence amplitudes, phases, and frequencies is defined for each frequency component. Each frequency component corresponds to a set of two-dimensional spatial frequencies. The characteristic analysis section 124 outputs the characteristic parameters calculated for each surrounding section to the signal estimation section 126. An example of a method for calculating characteristic parameters will be described later.

信号推定部126は、特性解析部124から入力された周囲区間ごとの特性パラメータに基づいて、周囲区間ごとの特性パラメータと、その周囲区間と参照区間との位置関係に基づいて参照区間における解析対象信号の推定値を算出する。算出した推定値を含んで個性される信号の系列は、区間別推定信号に相当する。よって、複数の周囲区間のそれぞれについて区間別推定信号が生成される。信号推定部126は、例えば、周波数成分ごとに算出された位相を周囲ブロックから参照ブロックまでの変位に基づいて位相の補正値を算出する。信号推定部126は、周波数成分ごとに、振幅、周波数、および算出された位相の補正値に基づいて画素ごとの信号値として周波数別信号値を算出する。そして、信号推定部126は、周囲ブロックのそれぞれについて、算出した周波数別信号値を周波数成分間で加算(統合)して区間別推定信号をなす区間別推定信号値を算出する。これにより、区間別推定信号値からなる区間別推定信号の例としてブロック別推定パッチが生成される。信号推定部126は、周囲区間のそれぞれについて生成した区間別推定信号を強調処理部128に出力する。区間別推定信号の生成方法の例については、後述する。 The signal estimation unit 126 determines the analysis target in the reference interval based on the characteristic parameters for each surrounding interval inputted from the characteristic analysis unit 124 and the positional relationship between the surrounding interval and the reference interval. Calculate the signal estimate. The sequence of signals that are individualized and include the calculated estimated values corresponds to the section-based estimated signal. Therefore, a section-by-section estimation signal is generated for each of the plurality of surrounding sections. For example, the signal estimation unit 126 calculates a phase correction value based on the displacement of the phase calculated for each frequency component from the surrounding blocks to the reference block. The signal estimation unit 126 calculates a frequency-specific signal value as a signal value for each pixel based on the amplitude, frequency, and calculated phase correction value for each frequency component. Then, the signal estimation unit 126 adds (integrates) the calculated frequency-specific signal values between frequency components for each of the surrounding blocks to calculate a section-specific estimated signal value that forms a section-specific estimated signal. As a result, a block-based estimated patch is generated as an example of a section-based estimated signal made up of section-based estimated signal values. The signal estimator 126 outputs the section-by-section estimated signals generated for each of the surrounding sections to the emphasis processing section 128. An example of a method for generating the section-by-section estimation signal will be described later.

強調処理部128は、信号推定部126から入力された複数の周囲区間のそれぞれの区間別推定信号に対して平均化処理を行って、参照区間における平均化された信号値を含む系列である推定信号を生成する。推定信号に含まれる信号値は、参照区間内の解析対象信号の推定値に相当する。そのため、区間別推定信号に含まれるノイズ成分は平均化処理により相対的に低減し、信号成分が相対的に強調される。また、参照区間ごとに異なる区間別推定信号に含まれる成分が相補われるため、特定の成分の欠落による品質の低下が防止される。強調処理部128は、例えば、周囲ブロックのそれぞれのブロック別推定パッチに対して平均化処理の一例である強調フィルタリングを行って参照ブロックの推定パッチを推定信号として生成することができる。強調処理部128は、生成した推定信号を記憶部140に記憶してもよいし、入出力部112を用いて信号処理装置10とは別個の機器に出力してもよい。推定信号が画像データである場合には、強調処理部128は、その画像データを表示部110(後述)に出力してもよい。 The emphasis processing unit 128 performs averaging processing on the section-specific estimated signals of the plurality of surrounding sections inputted from the signal estimation section 126, and generates an estimated signal that is a sequence including averaged signal values in the reference section. Generate a signal. The signal value included in the estimated signal corresponds to the estimated value of the signal to be analyzed within the reference interval. Therefore, the noise components included in the section-wise estimated signal are relatively reduced by the averaging process, and the signal components are relatively emphasized. In addition, since the components included in the section-specific estimated signals that differ for each reference section are complemented, deterioration in quality due to omission of specific components is prevented. The emphasis processing unit 128 can, for example, perform emphasis filtering, which is an example of averaging processing, on each block-specific estimated patch of the surrounding blocks to generate the estimated patch of the reference block as an estimated signal. The emphasis processing unit 128 may store the generated estimated signal in the storage unit 140, or may output it to a device separate from the signal processing device 10 using the input/output unit 112. When the estimated signal is image data, the emphasis processing section 128 may output the image data to the display section 110 (described later).

また、制御部120は、推定区間を未処理の区間に変更し、変更後の推定区間について上記の推定信号を生成するまでの一連の処理を順次繰り返してもよい。制御部120は、繰り返しにより生成された複数の推定信号を一括して出力してもよい。強調フィルタリングの例について、後述する。 Further, the control unit 120 may change the estimated interval to an unprocessed interval and sequentially repeat a series of processes up to generating the above-mentioned estimation signal for the changed estimated interval. The control unit 120 may collectively output a plurality of estimated signals generated through repetition. An example of emphasis filtering will be described later.

次に、本実施形態に係る信号処理装置10のハードウェア構成例について説明する。図2は、本実施形態に係る信号処理装置10のハードウェア構成例を示す概略ブロック図である。図2に例示される信号処理装置10は、コンピュータとして構成される。信号処理装置10は、プロセッサ102と、ROM104と、RAM106と、操作入力部108と、表示部110と、入出力部112と、を含んで構成される。 Next, an example of the hardware configuration of the signal processing device 10 according to this embodiment will be described. FIG. 2 is a schematic block diagram showing an example of the hardware configuration of the signal processing device 10 according to the present embodiment. The signal processing device 10 illustrated in FIG. 2 is configured as a computer. The signal processing device 10 includes a processor 102, a ROM 104, a RAM 106, an operation input section 108, a display section 110, and an input/output section 112.

プロセッサ102は、アプリケーションプログラム、ユーティリティ、ドライバ、オペレーティングシステムなどの各種のプログラムを実行可能とし、信号処理装置10を構成する各部の動作を制御する。
ROM104は、各種のプログラムや各種のデータを格納可能とする。ROM104に格納されるプログラムやデータは、プロセッサ102の制御のもとで読み出されうる。
RAM106は、プロセッサ102の制御のもとに、各種のプログラムやデータを一時的に記憶し、記憶されるプログラムやデータを読み出す。RAM106の記憶領域は、プロセッサ102がプログラムを実行する際に作業領域として用いられる。
The processor 102 is capable of executing various programs such as application programs, utilities, drivers, and operating systems, and controls the operations of each component of the signal processing device 10 .
The ROM 104 can store various programs and various data. Programs and data stored in the ROM 104 can be read out under the control of the processor 102.
The RAM 106 temporarily stores various programs and data under the control of the processor 102, and reads out the stored programs and data. The storage area of the RAM 106 is used as a work area when the processor 102 executes a program.

操作入力部108は、ユーザの操作を受け付け、受け付けた操作に応じた操作信号を生成し、生成した操作信号をプロセッサ102に出力する。操作信号は、信号処理装置10に対するユーザの指示、命令などの各種の情報を示す。操作入力部108は、例えば、キーボード、マウス、キーパッド、プッシュボタン、スティックキーなどのいずれの形態の操作デバイスを含んで構成される。操作入力部108は、物理的に分離されている操作デバイス(例えば、リモートコントローラ)から無線(赤外線を含む)で受信する受信器を含んで構成されてもよい。 The operation input unit 108 receives a user's operation, generates an operation signal according to the received operation, and outputs the generated operation signal to the processor 102. The operation signal indicates various information such as user instructions and commands to the signal processing device 10. The operation input unit 108 includes any type of operation device such as a keyboard, a mouse, a keypad, a push button, and a stick key. The operation input unit 108 may include a receiver that receives wireless (including infrared rays) from a physically separated operation device (for example, a remote controller).

表示部110は、プロセッサ102の制御のもとで、プロセッサ102から入力される各種の表示データで指示される情報を視覚により認識可能に表示する。かかる表示データには、画像データ、テキストデータなどが含まれる。表示部110は、例えば、液晶ディスプレイ(LCD: Liquid Crystal Display)、プラズマディスプレイパネル(PDP: Plasma Display Panel)、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ(OLED: Organic Electro-luminescence Display)、などのいずれの形態の表示デバイスを含んで構成される。 Under the control of the processor 102, the display unit 110 displays information specified by various display data inputted from the processor 102 in a visually recognizable manner. Such display data includes image data, text data, and the like. The display unit 110 is any type of display device such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), or an organic electro-luminescence display (OLED). It consists of:

入出力部112は、信号処理装置10とは別個の機器と有線または無線で接続し、各種のデータを入出力する。入出力部112は、通信ネットワークと有線または無線で接続し、通信ネットワークに接続された別個の機器と各種のデータを送受信してもよい。入出力部112は、例えば、入出力インタフェース、通信インタフェースなどの入出力デバイスを含んで構成される。 The input/output unit 112 is connected to a device separate from the signal processing device 10 by wire or wirelessly, and inputs and outputs various data. The input/output unit 112 may be connected to a communication network by wire or wirelessly, and may transmit and receive various data to and from separate devices connected to the communication network. The input/output unit 112 includes, for example, input/output devices such as an input/output interface and a communication interface.

(区間別推定信号の生成方法)
次に、区間別推定信号の生成方法の例について説明する。図3は、本実施形態に係る区間別推定信号の生成方法の例を説明するための説明図である。図3に示す例では、解析対象信号は時間の経過に応じて変化する信号値を有する一次元信号である。図3において、縦軸、横軸は、それぞれ振幅A、時刻tを示す。周囲区間w32、参照区間w34は、それぞれ期間Tの時間窓である。変位dは、周囲区間w32から参照区間w34までの時間を示す。
(Method of generating estimated signal by section)
Next, an example of a method for generating an estimated signal for each section will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining an example of a method for generating a section-by-section estimated signal according to the present embodiment. In the example shown in FIG. 3, the signal to be analyzed is a one-dimensional signal having a signal value that changes over time. In FIG. 3, the vertical and horizontal axes indicate amplitude A and time t, respectively. The surrounding section w32 and the reference section w34 are each time windows of the period T. The displacement d indicates the time from the surrounding section w32 to the reference section w34.

周囲区間内の解析対象信号から参照区間内の区間別推定信号を生成するまでの処理は、次のステップを含む。
(ステップS12)特性解析部124は、解析対象信号のうち周囲区間w32を分析窓とし、その分析窓で画定される部分を抽出する(抽出)。図3に示す例では、周囲区間w32における解析対象信号の各時刻tにおける信号値は、Acos(2πft+φ)と表されると仮定する。f、φは、それぞれ周波数、位相を示す。
(ステップS14)特性解析部124は、抽出した信号に対して周波数成分ごとの特性パラメータを算出する(解析)。算出される特性パラメータは、位相φ、周波数fおよび振幅Aとなる。
The process of generating the section-by-section estimated signal within the reference section from the analysis target signal within the surrounding section includes the following steps.
(Step S12) The characteristic analysis unit 124 uses the peripheral section w32 of the signal to be analyzed as an analysis window, and extracts a portion defined by the analysis window (extraction). In the example shown in FIG. 3, it is assumed that the signal value at each time t of the analysis target signal in the surrounding section w32 is expressed as Acos (2πft+φ). f and φ indicate frequency and phase, respectively.
(Step S14) The characteristic analysis unit 124 calculates characteristic parameters for each frequency component for the extracted signal (analysis). The calculated characteristic parameters are phase φ, frequency f, and amplitude A.

(ステップS16)特性解析部124は、算出した特性パラメータのうち位相φを調整し、調整後の位相φ’、周波数fおよび振幅Aで周波数成分の特性が表される周波数別信号を周波数成分間で合成して参照区間w34の区間別推定信号を生成する(再構成)。
ステップS16において、特性解析部124は、周囲区間w32について定めた位相φに対して、変位dに周波数fに対応する波数f/Tを乗じて得られる調整値fd/Tを加算して調整後の位相φ’を算出する。図3に示す例では、再構成される区間別推定信号の信号値は、Acos(2πft+φ+fd/T)と表される。
(Step S16) The characteristic analysis unit 124 adjusts the phase φ among the calculated characteristic parameters, and generates a frequency-specific signal in which the characteristics of the frequency component are expressed by the adjusted phase φ′, frequency f, and amplitude A between the frequency components. are combined to generate an estimated signal for each section of the reference section w34 (reconstruction).
In step S16, the characteristic analysis unit 124 adds an adjustment value fd/T obtained by multiplying the displacement d by the wave number f/T corresponding to the frequency f to the phase φ determined for the surrounding section w32, and after the adjustment, Calculate the phase φ' of In the example shown in FIG. 3, the signal value of the reconstructed section-wise estimated signal is expressed as Acos (2πft+φ+fd/T).

(特性パラメータの算出方法)
次に、本実施形態に係る特性パラメータの算出方法の例について説明する。周囲区間内の解析対象信号をなす信号値の系列の特性を示す特性パラメータを算出する手法として、特性解析部124は、例えば、NHAを用いることができる。NHAは、解析対象信号を構成する信号値s(x)から周波数成分A’cos(2πf’x+φ’)との差分である周波数成分残差の大きさが分析窓内のサンプルn全体として最小化されるように、その周波数成分の特性パラメータとして周波数f’、振幅A’および位相φ’の組を算出する手法である。また、特性解析部124は、周波数成分残差の大きさが最小化した残差周波数成分を新たな信号値とし、新たな別個の周波数成分について特性パラメータを算出する処理を順次繰り返す。これにより、周波数成分ごとに特性パラメータの組が算出される。周波数成分ごとに特性パラメータを算出する処理の繰り返し回数は、予め設定された1以上の整数(通例、2以上)であってもよい。この繰り返し回数が特性パラメータを算出する周波数成分の数に相当する。また、繰り返し回数を特に定めず、周波数成分の残差の大きさ、または、その大きさに対する解析対象信号の大きさとの比が予め設定された下限以下となるまで特性パラメータを算出する処理を繰り返してもよい。NHAによれば、複数の周波数成分のそれぞれの周波数は等間隔に分布するとは限られないため、離散フーリエ変換などの既存の手法よりも解析対象信号の特性を示す特性パラメータの数を減少することができる。また、分析窓による分析精度に対する影響が小さく、分析精度の周波数依存性が抑えられる。
(How to calculate characteristic parameters)
Next, an example of a method for calculating characteristic parameters according to this embodiment will be described. The characteristic analysis unit 124 can use, for example, NHA as a method for calculating characteristic parameters indicating the characteristics of the series of signal values forming the analysis target signal in the surrounding section. NHA is a method in which the magnitude of the frequency component residual, which is the difference between the signal value s(x) constituting the signal to be analyzed and the frequency component A'cos (2πf'x+φ'), is minimized for all samples n within the analysis window. This is a method of calculating a set of frequency f', amplitude A', and phase φ' as characteristic parameters of the frequency component. Further, the characteristic analysis unit 124 uses the residual frequency component whose frequency component residual has been minimized as a new signal value, and sequentially repeats the process of calculating characteristic parameters for new separate frequency components. Thereby, a set of characteristic parameters is calculated for each frequency component. The number of repetitions of the process of calculating characteristic parameters for each frequency component may be a preset integer of 1 or more (usually 2 or more). The number of repetitions corresponds to the number of frequency components for which characteristic parameters are calculated. In addition, the process of calculating the characteristic parameters is repeated until the magnitude of the residual error of the frequency component or the ratio of the magnitude of the residual error of the frequency component to the magnitude of the signal to be analyzed becomes equal to or less than a preset lower limit, without specifying the number of repetitions. It's okay. According to NHA, since the frequencies of multiple frequency components are not necessarily distributed at equal intervals, the number of characteristic parameters that indicate the characteristics of the signal to be analyzed can be reduced compared to existing methods such as discrete Fourier transform. Can be done. Furthermore, the influence of the analysis window on analysis accuracy is small, and the frequency dependence of analysis accuracy is suppressed.

図4は、推定信号の再構成例を示す図である。図4は、特性パラメータの解析手法として、高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)とNHAのそれぞれについて、解析区間における原信号を解析対象信号として用いて解析区間において算出した特性パラメータを用いて、解析区間に隣接した2つの隣接区間のそれぞれにおいて再構成された推定信号を例示する。図4の第1段、第2段、第3段は、それぞれ原信号、FFTに基づく推定信号、NHAに基づく推定信号を示す。但し、第2段、第3段における解析区間内の信号として、原信号が示されている。 FIG. 4 is a diagram showing an example of reconstructing an estimated signal. FIG. 4 shows how to analyze characteristic parameters using the characteristic parameters calculated in the analysis interval using the original signal in the analysis interval as the analysis target signal for each of Fast Fourier Transform (FFT) and NHA. The estimated signals reconstructed in each of two adjacent sections adjacent to the analysis section are illustrated. The first, second, and third stages in FIG. 4 show the original signal, the estimated signal based on FFT, and the estimated signal based on NHA, respectively. However, the original signal is shown as the signal within the analysis section in the second and third stages.

FFTは、離散フーリエ変換の一形態であり、特性パラメータとして周波数成分ごとに所定の振幅と位相を算出する手法である。特性解析部124は、得られた振幅と位相を用いて隣接区間における推定信号を再構成することができる。図4の第2段に示すように解析区間の両端の時刻における原信号の信号値と、隣接する時刻の推定信号の信号値との間で、有意な不連続性が生じる。 FFT is a form of discrete Fourier transform, and is a method of calculating a predetermined amplitude and phase for each frequency component as characteristic parameters. The characteristic analysis unit 124 can reconstruct the estimated signal in the adjacent section using the obtained amplitude and phase. As shown in the second row of FIG. 4, significant discontinuities occur between the signal values of the original signal at times at both ends of the analysis interval and the signal values of the estimated signal at adjacent times.

これに対し、NHAを用いて得られた特性パラメータに基づいて再構成された推定信号については、解析区間の両端における原信号の信号値と、隣接する時刻の推定信号の信号値との間で不連続性が生じない(第3段参照)。このことは、NHAを用いて算出された特性パラメータによれば解析窓の影響を低減し、解析対象信号の推定精度を向上できることを示す。言い換えれば、NHAによれば高精度かつ少数の特性パラメータにより解析区間における解析対象信号の特性を表現できる他、解析区間とは別個の区間における解析対象信号を高精度で推定できることを裏付ける。 On the other hand, for the estimated signal reconstructed based on the characteristic parameters obtained using NHA, there is a difference between the signal value of the original signal at both ends of the analysis interval and the signal value of the estimated signal at adjacent times. No discontinuity occurs (see paragraph 3). This shows that the characteristic parameters calculated using NHA can reduce the influence of the analysis window and improve the estimation accuracy of the signal to be analyzed. In other words, according to NHA, it is possible to express the characteristics of a signal to be analyzed in an analysis section with high precision and a small number of characteristic parameters, and it is also confirmed that the signal to be analyzed in a section separate from the analysis section can be estimated with high precision.

NHAでは、解析対象信号として一次元信号を用いる場合、特性解析部124は、式(1)の左辺に示すコスト関数F(A’,f’,φ’)を最小化する振幅A’、周波数f’,位相φ’を探索する。コスト関数F(A’,f’,φ’)は、周波数成分残差s(x)-A’cos(2πf’x+φ’)の大きさの指標値の一例である。 In NHA, when using a one-dimensional signal as an analysis target signal, the characteristic analysis unit 124 calculates an amplitude A' that minimizes the cost function F (A', f x ', φ') shown on the left side of equation (1), Search for frequency f x ' and phase φ'. The cost function F(A', f x ', φ') is an example of an index value of the magnitude of the frequency component residual s(x n )−A'cos(2πf'x n +φ').

Figure 0007427239000001
Figure 0007427239000001

但し、式(1)において、Nは、解析窓内の信号値s(x)のサンプル数を示す2以上の整数である。xは、解析窓をなす一次元の区間における第nサンプルの座標を示す。区間が空間を意味する場合には、座標は、空間内の位置を意味する。区間が時間を意味する場合には、座標は、時間内の時刻を意味する。個々のサンプルの座標は、解析窓において必ずしも等間隔に分布していなくてもよく、間隔は一定値ではなくランダムに設定されていてもよい。
解析対象信号として二次元信号を用いる場合には、特性解析部124は、式(2)に示すコスト関数F(A’,f’,f’,φ’)が最小化される振幅A’、二次元の周波数f’,f’、位相φ’を探索する。
However, in Equation (1), N is an integer of 2 or more indicating the number of samples of the signal value s(x n ) within the analysis window. x n indicates the coordinates of the n-th sample in the one-dimensional section forming the analysis window. If interval means space, coordinates means position within space. If interval means time, coordinates means time within time. The coordinates of individual samples do not necessarily have to be distributed at equal intervals in the analysis window, and the intervals may not be constant values but may be set randomly.
When using a two-dimensional signal as the signal to be analyzed, the characteristic analysis unit 124 calculates the amplitude A that minimizes the cost function F (A', f x ', f y ', φ') shown in equation (2). ', two-dimensional frequencies f x ', f y ', and phase φ'.

Figure 0007427239000002
Figure 0007427239000002

但し、式(2)において、N,Nは、それぞれ解析窓内の信号値s(n,n)の次元x、yそれぞれのサンプル数を示す2以上の整数である。xnx,ynyは、それぞれ解析窓をなす二次元の区間における次元x、yそれぞれの第n、nサンプルの座標を示す。
本願では最小化とは、絶対的に最小となる最小値を算出または発見することに限られず、最小値を与える値(例えば、特性パラメータ)を極力探索するという意味を含み、その処理により指標値が一時的に増加することもある。最小化の手法として、例えば、最急降下法(Steepest Descent Method)が利用可能である。最急降下法は、その時点(現時点)の特性パラメータの各要素値(本実施形態では、各次元の周波数f、振幅A、位相φのそれぞれが該当)について、コスト関数のその要素値による偏微分値に所定の係数を乗じて得られる更新値を差し引いて次時点の要素値を算出する処理を再帰的に繰り返す手法である。処理の繰り返しは、例えば、現時点における特性パラメータに基づくコスト関数と次時点における特性パラメータに基づくコスト関数との差分の絶対値、つまりコスト関数の変化量が所定の変化量の閾値以下となるまで実行すればよい。
特に、二次元の解析対象信号が1フレームの平面画像を示す画像データである場合には、特性解析部124は、式(2)に代え、式(3)の右辺に示すコスト関数F(A’,f’,f’,φ’)が最小化される振幅A’、二次元の周波数f’,f’,位相φ’を探索すればよい。
However, in Equation (2), N x and N y are integers of 2 or more indicating the number of samples in each of the dimensions x and y of the signal value s (n x , ny ) within the analysis window, respectively. x nx and y ny indicate the coordinates of the n x and n y samples of the dimensions x and y, respectively, in the two-dimensional interval forming the analysis window.
In this application, minimization is not limited to calculating or finding the absolute minimum value, but also includes searching as much as possible for a value (for example, a characteristic parameter) that gives the minimum value, and by that process, the index value may increase temporarily. As a method of minimization, for example, the steepest descent method can be used. The steepest descent method calculates the partial differentiation of the cost function with respect to each element value of the characteristic parameter (in this embodiment, the frequency f, amplitude A, and phase φ of each dimension correspond to each element value) at that point in time (current point). This is a method of recursively repeating the process of calculating the element value at the next point in time by subtracting an updated value obtained by multiplying the value by a predetermined coefficient. The process is repeated, for example, until the absolute value of the difference between the cost function based on the characteristic parameters at the current point in time and the cost function based on the characteristic parameters at the next point in time, that is, the amount of change in the cost function, becomes equal to or less than a predetermined change amount threshold. do it.
In particular, when the two-dimensional signal to be analyzed is image data representing one frame of a plane image, the characteristic analysis unit 124 uses the cost function F(A What is necessary is to search for the amplitude A', the two-dimensional frequencies f x ', f y ', and the phase φ' that minimize the amplitude A', f x ', f y ', φ').

Figure 0007427239000003
Figure 0007427239000003

但し、式(3)の例では、解析対象領域のx方向(水平方向)、y方向(垂直方向)のそれぞれにおいて一定の間隔(画素ピッチ)1/fsx,1/fsyで配列されていると仮定されている。そのため、x、y方向の周波数f’,f’は、それぞれ間隔に対応するサンプリング周波数fsx,fsyで正規化されている。ここで、n、nをいずれも0とする画素は、解析対象領域の原点に配置された画素を示す。よって、解析対象領域を1フレームの画像の一部である周囲ブロックとすることで、特性解析部124は、周囲ブロック内の部分画像の振幅A’、周波数f’,f’,位相φ’を算出することができる。 However, in the example of equation (3), the pixels are arranged at constant intervals (pixel pitches) 1/f sx and 1/f sy in the x direction (horizontal direction) and y direction (vertical direction) of the analysis target area, respectively. It is assumed that there is. Therefore, the frequencies f x ′ and f y ′ in the x and y directions are normalized by the sampling frequencies f sx and f sy corresponding to the intervals, respectively. Here, a pixel in which both n x and n y are 0 indicates a pixel located at the origin of the analysis target area. Therefore, by setting the area to be analyzed as a surrounding block that is a part of an image of one frame, the characteristic analysis unit 124 calculates the amplitude A′, frequency f x ′, f y ′, and phase φ of the partial image within the surrounding block. ' can be calculated.

なお、NHAについては、特許文献2において、詳しく記載されている。解析対象信号は一次元信号または二次元信号に限られず、三次元以上の高次元信号に対してもNHAは適用可能である。その場合も、各周波数成分の特性パラメータとして、振幅、周波数、および位相が算出される。算出される周波数の次元数は、解析対象信号の次元数に相当する。 Note that NHA is described in detail in Patent Document 2. The signal to be analyzed is not limited to one-dimensional signals or two-dimensional signals, but NHA is also applicable to high-dimensional signals of three or more dimensions. In that case as well, amplitude, frequency, and phase are calculated as characteristic parameters of each frequency component. The number of dimensions of the calculated frequency corresponds to the number of dimensions of the signal to be analyzed.

次に、区間別推定信号の生成方法の他の例について説明する。図5は、本実施形態に係る区間別推定信号の生成方法の例を説明するための説明図である。図5は、1フレームの平面画像を示す画像データの周囲ブロックを解析区間として参照ブロックの部分画像であるブロック別推定パッチを区間別推定信号として生成する過程を例示する。図5に例示される参照ブロック、周囲ブロックは、ともに水平方向の幅がXであり垂直方向の幅がYである長方形の領域である。周囲ブロックが特性パラメータを算出するための分析窓に相当する。周囲ブロックから参照ブロックへの変位は、d,dである。図5の右上には、参照ブロックにおける参照パッチoi52における信号値の分布を示す。特性解析部124は、ブロック別参照パッチを生成するために上記のステップS12-S16に準じた処理を実行する。 Next, another example of a method for generating a section-based estimated signal will be described. FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining an example of a method for generating a section-by-section estimated signal according to the present embodiment. FIG. 5 illustrates a process of generating a block-specific estimated patch, which is a partial image of a reference block, as a section-specific estimation signal using surrounding blocks of image data representing a plane image of one frame as an analysis section. The reference block and the surrounding block illustrated in FIG. 5 are both rectangular areas having a width of X in the horizontal direction and a width of Y in the vertical direction. The surrounding blocks correspond to an analysis window for calculating characteristic parameters. The displacements from the surrounding blocks to the reference block are d x and d y . The upper right of FIG. 5 shows the distribution of signal values in the reference patch oi52 in the reference block. The characteristic analysis unit 124 executes processing similar to steps S12 to S16 described above in order to generate reference patches for each block.

但し、ステップS12において、特性解析部124は、画像データから周囲ブロックを分析窓として画定される部分を周囲パッチri54として抽出する(抽出)。
ステップS14において、特性解析部124は、ステップS12で抽出した周囲パッチoi54に対して、例えば、式(3)を用いて特性パラメータとして周波数成分kごとに周波数fxk’,fyk’、振幅A’、および位相φ’を算出する(解析)。図5の左下には、算出された特性パラメータで表される位相補正前の周囲パッチri54における信号値の分布を示す。
However, in step S12, the characteristic analysis unit 124 extracts (extracts) a portion defined from the image data using the surrounding blocks as an analysis window as the surrounding patch ri54.
In step S14, the characteristic analysis unit 124 calculates the frequencies f xk ′, f yk ′, and amplitude A for each frequency component k as characteristic parameters using equation (3), for example, for the surrounding patch oi54 extracted in step S12. k ' and phase φ k ' are calculated (analysis). The lower left of FIG. 5 shows the distribution of signal values in the surrounding patch ri54 before phase correction, which is represented by the calculated characteristic parameters.

ステップS16において、特性解析部124は、周波数成分kごとに算出した特性パラメータのうち位相φ’を調整し(位相補正)、調整後の位相、周波数fxk’,fyk’および振幅A’を有する周波数成分kを含む参照ブロックのブロック別推定パッチを生成する。特性解析部124は、周波数成分kに係る位相φ’を調整する際、その周波数成分kの波数fxk’/fsx,fyk’/fsyと、周囲ブロックから参照ブロックまでの二次元平面上の変位d,dとの内積を調整値として補正前の位相φ’に加算する。そして、特性解析部124は、式(4)に示すように調整後の位相、周波数fxk’,fyk’および振幅A’を有する周波数成分k間の総和を参照ブロックにおける参照パッチの推定値、つまりブロック別推定パッチとして生成することができる。 In step S16, the characteristic analysis unit 124 adjusts the phase φ k ′ of the characteristic parameters calculated for each frequency component k (phase correction), and adjusts the adjusted phase, frequencies f xk ′, f yk ′, and amplitude A′. A block-by-block estimated patch of a reference block including a frequency component k having a frequency component k is generated. When adjusting the phase φ k ′ related to the frequency component k, the characteristic analysis unit 124 calculates the wave numbers f The inner product of the displacements d x and d y on the plane is added as an adjustment value to the phase φ k ′ before correction. Then, the characteristic analysis unit 124 estimates the reference patch in the reference block using the sum of the frequency components k having the adjusted phase, frequencies f xk ′, f yk ′, and amplitude A k ′ as shown in Equation (4). It can be generated as a value, that is, an estimated patch for each block.

Figure 0007427239000004
Figure 0007427239000004

式(4)において、R(n,n)は、ブロック別推定パッチの座標n,nに配置された画素の信号値を示す。Kは、周波数成分の数を示す2以上の整数である。fxi’/fsx,fyi’/fsyは、それぞれ周波数成分kの波数kxi,kyiに相当する。φ’+fxk’ d/fsx+fyk’ d/fsyが周波数成分kの調整後の位相に相当する。算出された画素ごとの信号値R(n,n)を含んで構成される信号が推定パッチri56として再構成される。 In Equation (4), R(n x , ny ) indicates the signal value of the pixel located at the coordinates n x , ny of the estimated patch for each block. K is an integer of 2 or more indicating the number of frequency components. f xi ′/f sx and f yi ′/f sy correspond to wave numbers k xi and k yi of frequency component k, respectively. φ′+f xk ′ d x /f sx +f ykdy /f sy corresponds to the adjusted phase of frequency component k. A signal including the calculated signal value R(n x , ny ) for each pixel is reconstructed as the estimated patch ri56.

図6は、推定信号の他の再構成例を示す図である。図6に示す例では、原画像oi62の中央に設定された解析ブロックにおいて特性パラメータを算出し、算出された特性パラメータから、解析ブロックに隣接する8つの隣接ブロックのそれぞれについて再構成された推定信号の例を示す。図6において、信号値の分布が濃淡で示されている。明るい部分ほど信号値が大きく、暗い部分ほど信号値が小さいことを示す。図6右上の拡張画像ei64、図6右下の拡張画像ei66は、それぞれFFT、NHAを用いて解析ブロックにおける特性パラメータを算出した場合を例にする。拡張画像ei64、拡張画像ei66のそれぞれの隣接ブロックにおける再構成画像は、上記のように位相を解析ブロックから隣接ブロックへの変位に基づいて調整した位相を用いて再構成される。但し、拡張画像ei64、拡張画像ei66の解析ブロックに相当する部位には、原画像oi62の解析ブロックにおける信号値の分布が示されている。 FIG. 6 is a diagram showing another example of reconstructing the estimated signal. In the example shown in FIG. 6, characteristic parameters are calculated in the analysis block set at the center of the original image oi62, and estimated signals are reconstructed for each of eight adjacent blocks adjacent to the analysis block from the calculated characteristic parameters. Here is an example. In FIG. 6, the distribution of signal values is shown in shading. The brighter the area, the larger the signal value, and the darker the area, the smaller the signal value. The extended image ei64 at the upper right of FIG. 6 and the extended image ei66 at the lower right of FIG. 6 are examples in which characteristic parameters in the analysis block are calculated using FFT and NHA, respectively. The reconstructed images in the respective adjacent blocks of the extended image ei64 and the extended image ei66 are reconstructed using the phase adjusted based on the displacement from the analysis block to the adjacent block as described above. However, the distribution of signal values in the analysis block of the original image oi62 is shown in the portions corresponding to the analysis blocks of the extended image ei64 and the extended image ei66.

FFTに基づく拡張画像ei64では、ブロック間で模様が顕著に不連続となる。この現象は、ブロックの境界をまたぐ信号値の有意な不連続性を示す。これに対し、NHAに基づく拡張画像ei66では、ブロック間において模様が不連続になる現象は生じず、連続性が保たれる。このことは、ブロックの境界をまたいでも、信号値に有意な不連続性が生じず空間的に連続な信号値を推定できることを示す。言い換えれば、NHAによれば、部位が異なる他のブロック内の信号値から注目するブロック内の信号値をFFTよりも高精度に推定できることを示す。よって、NHAを用いて算出された特性パラメータによれば解析窓としての周囲ブロックの影響を低減し、参照ブロックにおける解析対象信号の推定精度を向上できることが期待される。これは、NHAが高い周波数分解能を有し、より少ないパラメータにより解析対象信号の特徴を表現できることに基づく。 In the expanded image ei64 based on FFT, the pattern is noticeably discontinuous between blocks. This phenomenon indicates significant discontinuities in signal values across block boundaries. On the other hand, in the extended image ei66 based on NHA, the pattern does not become discontinuous between blocks, and continuity is maintained. This shows that even across block boundaries, spatially continuous signal values can be estimated without significant discontinuity in signal values. In other words, according to NHA, it is possible to estimate a signal value in a block of interest from signal values in other blocks having different parts with higher accuracy than FFT. Therefore, it is expected that the characteristic parameters calculated using NHA can reduce the influence of surrounding blocks as an analysis window and improve the estimation accuracy of the signal to be analyzed in the reference block. This is based on the fact that NHA has high frequency resolution and can express the characteristics of the signal to be analyzed using fewer parameters.

このように、本実施形態に係る信号処理装置10は、参照区間とは異なる区間である周囲区間の特性パラメータを用いて参照区間における区間別推定信号を生成する。そのため、解析対象信号をなす信号値の周期性が高い場合には、NHAによれば極めて高い精度で区間別推定信号を生成することができる。そのような場合には、図7に例示されるように、二次元平面において参照ブロック72とその周囲の周囲ブロックを跨いで周期的な模様を示す画像データを解析対象信号として用いる場合が該当する。 In this way, the signal processing device 10 according to the present embodiment generates the section-by-section estimated signal in the reference section using the characteristic parameters of the surrounding section, which is a section different from the reference section. Therefore, when the periodicity of the signal values forming the signal to be analyzed is high, according to NHA, it is possible to generate an estimated signal for each section with extremely high accuracy. In such a case, as illustrated in FIG. 7, image data showing a periodic pattern across the reference block 72 and its surrounding blocks on a two-dimensional plane is used as the signal to be analyzed. .

しかしながら、信号値の周期性がより低い場合であっても、参照区間内の解析対象信号に周囲区間内とは周波数が共通する周波数成分が含まれる場合には、少なくともその周波数成分については、NHAを用いることで高い精度で推定することができる。例えば、図8に例示される皮膚表面の状態を表す画像は、空間的に不規則な模様を表すが、参照ブロック82における解析対象信号となる参照パッチは、その周囲の周囲ブロックに係る周囲パッチとの間で共通の周波数成分を含む。その共通の周波数成分は、周波数の高低に関わらず再現されるため、皮膚組織の微細構造のように周波数が比較的高い高域成分に対しても離散フーリエ変換を用いる場合ほど失われずに済む。そのため、従来の方式よりも再現性が向上する。また、強調処理部128によれば、複数の異なる周囲ブロックのそれぞれについて生成されたブロック別推定パッチに対する平均化処理により、信号成分に対して相対的にノイズ成分を低減するとともに、個々のブロック別推定パッチに欠落した周波数成分を相補うことができる。よって、本実施形態によれば、解析対象信号の信号値が区間内で不規則に変動する場合であっても解析対象信号の推定精度を向上することができる。 However, even if the periodicity of the signal value is lower, if the signal to be analyzed in the reference interval includes a frequency component that has a common frequency with that in the surrounding interval, at least for that frequency component, the NHA By using , it is possible to estimate with high accuracy. For example, the image representing the state of the skin surface illustrated in FIG. 8 represents a spatially irregular pattern, but the reference patch serving as the analysis target signal in the reference block 82 is the surrounding patch related to the surrounding surrounding blocks. Contains common frequency components between. Since the common frequency component is reproduced regardless of the high or low frequency, even high-frequency components with relatively high frequencies, such as the fine structure of skin tissue, are not lost as much as when using the discrete Fourier transform. Therefore, reproducibility is improved compared to conventional methods. In addition, according to the emphasis processing unit 128, by averaging the estimated patches for each block generated for each of a plurality of different surrounding blocks, the noise component is reduced relative to the signal component, and the noise component is reduced relative to the signal component. It is possible to compensate for missing frequency components in the estimated patch. Therefore, according to the present embodiment, even when the signal value of the signal to be analyzed fluctuates irregularly within a section, the estimation accuracy of the signal to be analyzed can be improved.

(強調フィルタリング)
次に、本実施形態に係る強調フィルタリング処理の例について説明する。強調処理部128は、複数の周囲区間に相当する周囲ブロックのそれぞれについて生成されたブロック別推定パッチをなす画素ごとの信号値を、複数の周囲ブロック間で平均化して得られる平均値を信号値として有する推定パッチを推定信号として生成する。平均化処理は、強調フィルタフィルタリングの一態様とみることができる。これは、平均化処理により、信号値に含まれる信号成分を相対的に強調し、ランダムなノイズ成分を低減することができるためである。
(emphasis filtering)
Next, an example of emphasis filtering processing according to this embodiment will be described. The emphasis processing unit 128 averages the signal values for each pixel forming the estimated patch for each block generated for each of the surrounding blocks corresponding to the plurality of surrounding sections, and calculates the average value obtained by averaging the signal values among the plurality of surrounding blocks as a signal value. An estimated patch having the following values is generated as an estimated signal. The averaging process can be viewed as a form of emphasis filter filtering. This is because the averaging process allows signal components included in signal values to be relatively emphasized and random noise components to be reduced.

強調処理部128は、平均化処理として、例えば、単純平均、相乗平均、加重平均のいずれの手法を採用してもよい。強調処理部128は、平均化処理において、参照パッチとの類似性が高いブロック別推定パッチほど優先してもよい。強調処理部128は、例えば、参照パッチとの類似性が所定の類似性以上となる高いブロック別推定パッチを平均化対象として採用し、その他のブロック別推定パッチを棄却することで平均化対象とするブロック別推定パッチを制限する。複数のブロック別推定パッチに対する加重平均において、強調処理部128は、ブロック別推定パッチの制限に代えて、またはブロック別推定パッチの制限とともに、参照パッチとの類似性が高いブロック別推定パッチほど加重平均の際に演算(乗算)に用いる重み係数を大きくしてもよい。 The emphasis processing unit 128 may employ, for example, any method such as a simple average, a geometric average, or a weighted average as the averaging process. In the averaging process, the emphasis processing unit 128 may prioritize estimated patches for each block that are more similar to the reference patch. For example, the emphasis processing unit 128 selects as the averaging target a highly estimated patch for each block whose similarity with the reference patch is equal to or higher than a predetermined similarity, and rejects other estimated patches for each block. Limit the estimated patches for each block. In the weighted average of a plurality of block-based estimated patches, the emphasis processing unit 128 assigns a higher weight to the block-based estimated patches that are more similar to the reference patch, instead of limiting the block-based estimated patches, or in addition to limiting the block-based estimated patches. The weighting coefficient used for calculation (multiplication) during averaging may be increased.

上記のように画像データを解析対象信号とする場合には、強調処理部128は、例えば、平均化処理において非特許文献1に記載の手法(以下、BM3Dと呼ぶ)を応用することができる。BM3Dは、以下のステップS22-S30を有する。
(ステップS22)グルーピング(Grouping)、(ステップS24)三次元変換(3D transform)、(ステップS26)強制閾値処理(Hard-thresholding)、(ステップS28)逆三次元変換(Inverse 3D transform)、(ステップS30)集約(Aggregation)
When image data is used as the signal to be analyzed as described above, the emphasis processing unit 128 can apply, for example, the method described in Non-Patent Document 1 (hereinafter referred to as BM3D) in the averaging process. BM3D has the following steps S22-S30.
(Step S22) Grouping, (Step S24) 3D transform, (Step S26) Hard-thresholding, (Step S28) Inverse 3D transform, (Step S30) Aggregation

但し、本実施形態に係る強調処理部128は、ステップS22を省略し、信号推定部126が生成した複数のブロック別推定パッチを採用すればよい。ステップS22は、1フレームの画像内で参照パッチに類似する類似パッチを探索するステップであるためである。強調処理部128は、採用したブロック別推定パッチと参照パッチとの類似性を判定し、ステップS24以降の処理対象として採用するブロック別推定パッチを選択してもよい。強調処理部128は、類似性、つまり、ブロック別推定パッチと参照パッチとの差分の大きさの指標値であるコスト関数として、例えば、最小二乗誤差(MSE:Mean Squared Error)を用いることができる。強調処理部128は、個々のブロック別推定パッチについてMSEを算出し、MSEの昇順に順位を定める。そして、強調処理部128は、MSEが所定のMSEの上限値以下となるブロック別推定パッチを選択してもよいし、MSEが最小となるブロック別推定パッチから昇順に所定の個数のブロック別推定パッチを選択してもよい。二次元のブロック別推定パッチと参照パッチとのMSEは、例えば、式(5)を用いて計算することができる。式(5)に示す例では、画素n,nごとの参照パッチの信号値s(n,n)からブロック別推定パッチの信号値s’(n,n)の差分の二乗値のブロック内の画素間の総和を、画素数Nで除算して得られる。MSEは、ベクトルまたは行列の大きさの指標値であるL2ノルムに相当するコスト関数である。なお、ステップS30は、上記の加重平均に相当する処理である。 However, the emphasis processing unit 128 according to the present embodiment may omit step S22 and may employ the plurality of estimated patches for each block generated by the signal estimation unit 126. This is because step S22 is a step of searching for a similar patch similar to the reference patch within one frame of the image. The emphasis processing unit 128 may determine the similarity between the adopted estimated patch for each block and the reference patch, and select the estimated patch for each block to be adopted as a processing target from step S24 onwards. The emphasis processing unit 128 can use, for example, a least squared error (MSE) as a cost function that is an index value of the similarity, that is, the magnitude of the difference between the estimated patch for each block and the reference patch. . The emphasis processing unit 128 calculates the MSE for each estimated patch for each block, and ranks them in ascending order of MSE. Then, the emphasis processing unit 128 may select a block-wise estimated patch whose MSE is less than or equal to a predetermined upper limit value of MSE, or select a predetermined number of block-wise estimated patches in ascending order from the block-wise estimated patch whose MSE is the smallest. You may also select patches. The MSE between the two-dimensional estimated patch for each block and the reference patch can be calculated using Equation (5), for example. In the example shown in equation (5), the difference between the signal value s(n x , ny ) of the reference patch for each pixel n x , ny and the signal value s'(n x , ny ) of the estimated patch for each block is It is obtained by dividing the sum of square values between pixels in a block by the number of pixels N x N y . MSE is a cost function corresponding to the L2 norm, which is an index value of the size of a vector or matrix. Note that step S30 is a process equivalent to the above-mentioned weighted average.

Figure 0007427239000005
Figure 0007427239000005

以下、各ステップの処理について説明する。
(ステップS24)強調処理部128は、取得した複数のブロック別推定パッチを、例えば、定めた順位に従って積層して1個の三次元画像データを生成する。強調処理部128は、生成した三次元画像データに対して離散フーリエ変換を行い、三次元の周波数領域における周波数領域係数を算出する。
The processing of each step will be explained below.
(Step S24) The emphasis processing unit 128 generates one piece of three-dimensional image data by stacking the acquired estimated patches for each block, for example, according to a predetermined order. The emphasis processing unit 128 performs discrete Fourier transform on the generated three-dimensional image data and calculates frequency domain coefficients in the three-dimensional frequency domain.

(ステップS26)強調処理部128は、個々の周波数領域係数に対して強制閾値処理を実行する。強制閾値処理とは、処理対象の値の絶対値が所定の絶対値の上限値以下である場合には、そのまま、処理対象の値を採用し、処理対象の値の絶対値がその上限値を超える場合には、その絶対値が上限値となるように処理対象の値(複素数)を減衰させる処理である。強制閾値処理は、クリッピング(Clipping)とも呼ばれる。これは、処理対象信号に混入されるノイズ成分のレベルが顕著になる場合には、一部の周波数領域係数の絶対値が異常に増加するため、以降のステップにおいて却って信号成分よりも強調されてしまうリスクを低減するためである。絶対値の上限値は、既知のノイズレベルよりも十分に大きい値を予め設定しておけばよい。 (Step S26) The emphasis processing unit 128 performs forced threshold processing on each frequency domain coefficient. Forced threshold processing means that if the absolute value of the value to be processed is less than or equal to the upper limit of a predetermined absolute value, the value to be processed is adopted as is, and the absolute value of the value to be processed is less than the upper limit. If it exceeds the upper limit, the value to be processed (complex number) is attenuated so that its absolute value becomes the upper limit. Forced thresholding is also called clipping. This is because when the level of noise components mixed into the signal to be processed becomes significant, the absolute values of some frequency domain coefficients increase abnormally, so that they are emphasized more than the signal components in subsequent steps. This is to reduce the risk of getting lost. The upper limit of the absolute value may be set in advance to a value that is sufficiently larger than the known noise level.

(ステップS28)強調処理部128は、強制閾値処理後の周波数領域係数に対して逆フーリエ変換を行って、強制閾値処理後の三次元周波数領域データを生成する。強制閾値処理後の三次元画像データの各層には処理済みのブロック別推定パッチが含まれる。
(ステップS30)強調処理部128は、処理済みのブロック別推定パッチの画素ごとに、ある層の信号値とその層の重み係数を乗じて得られる乗算値の層間の総和を新たな信号値として算出し、算出された信号値を含む推定パッチを生成する。各層のブロック別推定パッチに係る重み係数として、例えば、強調処理部128は、ノイズのパワーとの積に反比例する値とする。但し、処理対象信号に含まれるノイズ成分は、一般に未知でありうる。そこで、強調処理部128は、ノイズ成分のパワーに代えて、その層のブロック別推定パッチと参照パッチとのMSEを用いてもよい。推定パッチの生成の信号成分とノイズ成分が無相関であることを仮定すれば、ノイズ成分が多いほどMSEに対するノイズ成分の割合が多くなり、推定精度が十分に高い場合、即ち、ブロック別推定パッチが十分に参照パッチに近似する場合には、MSEがほぼノイズ成分のパワーに比例するためである。
(Step S28) The emphasis processing unit 128 performs inverse Fourier transform on the frequency domain coefficients after forced threshold processing to generate three-dimensional frequency domain data after forced threshold processing. Each layer of the three-dimensional image data after forced threshold processing includes a processed estimated patch for each block.
(Step S30) The emphasis processing unit 128 sets the inter-layer sum of multiplication values obtained by multiplying the signal value of a certain layer by the weighting coefficient of that layer for each pixel of the processed estimated patch for each block as a new signal value. and generate an estimated patch including the calculated signal value. For example, the emphasis processing unit 128 uses a value that is inversely proportional to the product of noise and power as a weighting coefficient related to the estimated patch for each block in each layer. However, the noise component included in the signal to be processed may generally be unknown. Therefore, instead of the power of the noise component, the emphasis processing unit 128 may use the MSE of the estimated patch for each block of the layer and the reference patch. Assuming that the signal component and noise component in the generation of the estimated patch are uncorrelated, the more noise components there are, the higher the ratio of the noise component to MSE will be.If the estimation accuracy is sufficiently high, that is, the estimated patch for each block This is because if the reference patch sufficiently approximates the reference patch, the MSE is approximately proportional to the power of the noise component.

なお、強調処理部128は、強調フィルタリング処理の一例であるウィーナフィルタリングをブロック別推定パッチに適用してもよい。ウィーナフィルタリングは、信号成分とノイズ成分が無相関と仮定し、周波数領域において元の解析対象信号とフィルタ係数を乗じて得られるフィルタ済区間別推定信号との差分のパワーが最小化するようにフィルタ係数を定める手法である。例えば、ウィーナフィルタリングにおいて、強調処理部128は、周波数領域の変換係数にフィルタ係数を乗じる。強調処理部128は、フィルタ係数を乗じて得られる乗算値をフィルタ化変換係数として有するフィルタ化三次元周波数領域データに対して逆離散フーリエ変換を行ってフィルタ化三次元画像データを生成する。強調処理部128は、フィルタ化三次元画像データから抽出された再構成パッチと参照パッチとの差分のパワーが最小化するようにフィルタ係数を定める。ウィーナフィルタリングによれば、参照ブロックにおける解析対象信号との差分が大きい周囲ブロックに基づく周囲パッチほど寄与が小さくなるようにフィルタ係数が定まるためノイズ成分が低減する。また、個々のブロック別推定パッチにおいて参照パッチから欠落または抑圧された周波数成分が補われるため、さらに参照パッチの推定精度を向上することができる。 Note that the emphasis processing unit 128 may apply Wiener filtering, which is an example of emphasis filtering processing, to the estimated patches for each block. Wiener filtering assumes that signal components and noise components are uncorrelated, and uses a filter to minimize the power of the difference between the original signal to be analyzed and the filtered interval-specific estimated signal obtained by multiplying the filter coefficients in the frequency domain. This is a method of determining coefficients. For example, in Wiener filtering, the emphasis processing unit 128 multiplies a frequency domain transform coefficient by a filter coefficient. The emphasis processing unit 128 generates filtered three-dimensional image data by performing inverse discrete Fourier transform on the filtered three-dimensional frequency domain data, which has a multiplication value obtained by multiplying the filter coefficients as a filtered transform coefficient. The emphasis processing unit 128 determines filter coefficients so that the power of the difference between the reconstructed patch extracted from the filtered three-dimensional image data and the reference patch is minimized. According to Wiener filtering, the filter coefficients are determined so that the contribution of the surrounding patches based on surrounding blocks having a larger difference from the signal to be analyzed in the reference block is smaller, so that noise components are reduced. Furthermore, since frequency components missing or suppressed from the reference patch are compensated for in each estimated patch for each block, the estimation accuracy of the reference patch can be further improved.

(ノイズ抑圧処理)
以下、本実施形態に係るノイズ抑圧処理の例について説明する。図9は、本実施形態に係るノイズ抑圧処理の例を示すフローチャートである。図9に示す例では、1フレームの平面画像を示す画像データを解析対象信号として用い、特性パラメータの算出にNHAを用いる場合を例にする。
(Noise suppression processing)
An example of noise suppression processing according to this embodiment will be described below. FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of noise suppression processing according to this embodiment. In the example shown in FIG. 9, image data representing one frame of a plane image is used as a signal to be analyzed, and NHA is used to calculate characteristic parameters.

(ステップS102)特性解析部124は、1フレームのうち処理対象として注目する領域である参照ブロックを設定する。また、特性解析部124は、参照ブロックと同じ大きさの領域であって、その参照ブロックとは異なる領域を周囲ブロックとして複数個設定する。周囲ブロックは、参照ブロックと重なり合わない領域であってもよいし、その一部が参照ブロックと重なり合う領域であってもよい。 (Step S102) The characteristic analysis unit 124 sets a reference block that is a region of interest as a processing target in one frame. Further, the characteristic analysis unit 124 sets a plurality of surrounding blocks, which are areas having the same size as the reference block but different from the reference block. The surrounding block may be an area that does not overlap with the reference block, or may be an area that partially overlaps with the reference block.

(ステップS104)特性解析部124は、解析対象とする画像データのうち未処理の周囲ブロックの有無を判定し、未処理の周囲ブロックがあると判定するとき(ステップS104 YES)、ステップS106の処理に進む。未処理の周囲ブロックがないと判定するとき(ステップS104 NO)、ステップS118の処理に進む。 (Step S104) The characteristic analysis unit 124 determines whether there is an unprocessed surrounding block in the image data to be analyzed, and when determining that there is an unprocessed surrounding block (step S104 YES), the characteristic analysis unit 124 performs the processing of step S106. Proceed to. When it is determined that there are no unprocessed surrounding blocks (step S104 NO), the process proceeds to step S118.

(ステップS106)特性解析部124は、未処理の周囲ブロックのいずれか1つを処理対象の周囲ブロックとして特定し、画像データのうち特定した周囲ブロック内の部分画像を示す周囲パッチを抽出する。その後、特性解析部124は、解析済の周波数成分の個数の初期値を0個と設定し、ステップS108の処理に進む。 (Step S106) The characteristic analysis unit 124 identifies any one of the unprocessed surrounding blocks as a surrounding block to be processed, and extracts a surrounding patch indicating a partial image within the identified surrounding block from the image data. Thereafter, the characteristic analysis unit 124 sets the initial value of the number of analyzed frequency components to 0, and proceeds to the process of step S108.

(ステップS108)特性解析部124は、解析済の周波数成分の個数がK個未満か否かを判定する。K個未満と判定するとき(ステップS108 YES)、ステップS110の処理に進む。K個以上と判定するとき(ステップS108 NO)、ステップS114の処理に進む。 (Step S108) The characteristic analysis unit 124 determines whether the number of analyzed frequency components is less than K. When it is determined that the number is less than K (step S108 YES), the process advances to step S110. When it is determined that the number is K or more (NO in step S108), the process advances to step S114.

(ステップS110)特性解析部124は、周囲ブロック内の信号値を含む周囲パッチに対してNHAを行い、特性パラメータとして処理対象信号との残差の大きさが最小化される周波数成分の特性パラメータとして、二次元の周波数、振幅および位相のセットを定める。但し、処理対象信号の初期値として、周囲パッチが用いられる。その後、ステップS112の処理に進む。 (Step S110) The characteristic analysis unit 124 performs NHA on the surrounding patches including signal values in the surrounding blocks, and uses the characteristic parameter of the frequency component whose residual difference with the processing target signal is minimized as a characteristic parameter. , define a two-dimensional set of frequency, amplitude and phase. However, the surrounding patch is used as the initial value of the signal to be processed. Thereafter, the process advances to step S112.

(ステップS112)特性解析部124は、解析対象信号の信号値からステップS110で定めた特性パラメータに基づいて構成される周波数成分の周波数別推定信号値を画素ごとに差し引いて得られた画素ごとの周波数成分残差を信号値として有する新たな解析対象信号を生成する。そして、特性解析部124は、解析済の周波数成分の個数を1加算する。その後、ステップS108の処理に進む。 (Step S112) The characteristic analysis unit 124 subtracts, for each pixel, the estimated signal value by frequency of the frequency component configured based on the characteristic parameter determined in step S110 from the signal value of the signal to be analyzed. A new analysis target signal having the frequency component residual as a signal value is generated. Then, the characteristic analysis unit 124 adds 1 to the number of analyzed frequency components. Thereafter, the process advances to step S108.

(ステップS114)信号推定部126は、周波数成分kごとに算出された周波数と周囲ブロックから参照ブロックまでの変位に基づいて、算出された位相を補正する(位相補正)。信号推定部126は、周波数、振幅、および補正後の位相のセットを用いて得られる周囲ブロックにおける周波数成分kごとの周波数別推定信号を合成(加算)して得られるブロック別推定パッチを生成(推定)する。その後、ステップS116の処理に進む。 (Step S114) The signal estimation unit 126 corrects the calculated phase based on the frequency calculated for each frequency component k and the displacement from the surrounding blocks to the reference block (phase correction). The signal estimation unit 126 generates a block-specific estimated patch obtained by combining (adding) frequency-specific estimated signals for each frequency component k in surrounding blocks obtained using a set of frequencies, amplitudes, and corrected phases ( presume. Thereafter, the process advances to step S116.

(ステップS116)特性解析部124は、解析対象とする周囲ブロックを未処理の周囲ブロックから除外する。その後、ステップS104の処理に進む。
(ステップS118)強調処理部128は、信号推定部126が生成した周囲ブロックごとのブロック別推定パッチと参照パッチとの差分の大きさに基づいて、個々の推定パッチの順序をソートする。強調処理部128は、例えば、大きさの指標値としてMSEを算出し、ブロック別推定パッチの順序をMSEの昇順に定める。
(ステップS120)強調処理部128は、個々のブロック別推定パッチに対して強調フィルタリングを行って推定パッチを生成する。強調処理部128は、強調フィルタリングにおいて、上記のステップS24-S30の処理を行う。その後、図9に示す処理を終了する。
(Step S116) The characteristic analysis unit 124 excludes the surrounding blocks to be analyzed from the unprocessed surrounding blocks. Thereafter, the process advances to step S104.
(Step S118) The emphasis processing unit 128 sorts the order of the individual estimated patches based on the magnitude of the difference between the block-specific estimated patch for each surrounding block generated by the signal estimation unit 126 and the reference patch. For example, the emphasis processing unit 128 calculates MSE as a size index value, and determines the order of estimated patches for each block in ascending order of MSE.
(Step S120) The emphasis processing unit 128 performs emphasis filtering on each estimated patch for each block to generate an estimated patch. The emphasis processing unit 128 performs the processes of steps S24 to S30 described above in emphasis filtering. Thereafter, the process shown in FIG. 9 ends.

なお、特性解析部124は、ステップS102において1フレームの画像のうち、参照ブロック以外の領域の全体にわたり互いに重なり合わずに配列されるように個々の周囲ブロックの位置を設定してもよいが、これには限られない。特性解析部124は、1フレームの画像の一部の領域であって参照ブロックから所定の範囲内において、互いに重なり合わずに配列されるように個々の周囲ブロックの位置を設定してもよい。特性解析部124は、例えば、参照ブロック、周囲ブロックの大きさがそれぞれ水平方向8画素、垂直方向8画素(以下、8×8と呼ぶ)である場合には、参照ブロックと重心が共通な40×40の範囲内の領域に設定してもよい。 Note that the characteristic analysis unit 124 may set the positions of the individual surrounding blocks so that they are arranged without overlapping each other in the entire area other than the reference block in the image of one frame in step S102; It is not limited to this. The characteristic analysis unit 124 may set the positions of the individual surrounding blocks so that they are arranged without overlapping each other within a predetermined range from the reference block, which is a part of the image of one frame. For example, when the size of the reference block and the surrounding blocks are 8 pixels in the horizontal direction and 8 pixels in the vertical direction (hereinafter referred to as 8×8), the characteristic analysis unit 124 analyzes 40 pixels having the same center of gravity as the reference block. The area may be set within the range of ×40.

(再構成画像の例)
次に、図9に例示される処理により1フレームの平面画像内の複数の参照ブロックのそれぞれについて生成された推定された推定パッチを二次元平面内に配置して構成される再構成画像の例について説明する。但し、参照ブロック、周囲ブロックの大きさを、それぞれ8×8とした。参照ブロック、周囲ブロックの大きさは任意に設定可能であるが、小さくすることで各ブロックの信号成分が比較的周波数の低い低周波成分が主となる。そのため、不規則な模様による推定精度の低下を抑制することができる。また、周波数成分の数Kを30個とした。周波数成分の数Kも任意に設定可能であるが、周波数成分の数Kを多くするほど推定精度が高くなる傾向がある。例えば、参照ブロックの大きさが8×8である場合には、周波数成分Kが5-20個であれば周囲パッチについてNHAを実行して得られた特性パラメータから推定パッチのPSNR(後述)は40dB以上となる。この推定精度は、人間の視覚により参照パッチと識別できない程度に十分に良好な品質に相当する。
(Example of reconstructed image)
Next, an example of a reconstructed image constructed by arranging estimated patches generated for each of a plurality of reference blocks in a plane image of one frame in a two-dimensional plane by the process illustrated in FIG. I will explain about it. However, the sizes of the reference block and surrounding blocks were each 8×8. The sizes of the reference block and surrounding blocks can be set arbitrarily, but by making them small, the signal components of each block become mainly low-frequency components with relatively low frequencies. Therefore, deterioration in estimation accuracy due to irregular patterns can be suppressed. Further, the number K of frequency components was set to 30. The number K of frequency components can also be set arbitrarily, but the estimation accuracy tends to increase as the number K of frequency components increases. For example, if the size of the reference block is 8×8, and the number of frequency components K is 5-20, the PSNR of the estimated patch (described later) can be calculated from the characteristic parameters obtained by performing NHA on the surrounding patches. It becomes 40dB or more. This estimation accuracy corresponds to sufficiently good quality that the patch cannot be distinguished from the reference patch by human vision.

図10は、人間の皮膚表面の状態を示す1フレームの平面画像の一部である参照画像を原画像o1002として、従来法としてBM3Dを用いて生成された再構成画像p1004と、本実施形態の図9に示す処理により生成された推定信号が示す再構成画像p1006とを示す。再構成画像p1004には、原画像o1002と同様な全体的な輝度の変化が表れているが、輝度が平滑化され微細な輝度の変化が不鮮明になっている。これは、処理の過程で周波数が比較的高い高域成分が失われるためである。これに対し、再構成画像p1006では、輝度の平滑化がほとんど生じず原画像o1002で表れている微細な輝度の変化が維持されている。このことは、本実施形態によれば高域成分が失われず、従来法よりも高精度で原画像を再構成できることを示す。 FIG. 10 shows a reconstructed image p1004 generated using BM3D as a conventional method, and a reconstructed image p1004 generated using BM3D as a conventional method, using a reference image that is a part of a one-frame planar image showing the state of a human skin surface as an original image o1002. The reconstructed image p1006 indicated by the estimated signal generated by the process shown in FIG. 9 is shown. The reconstructed image p1004 shows the same overall change in brightness as the original image o1002, but the brightness has been smoothed and minute changes in brightness have become unclear. This is because high frequency components with relatively high frequencies are lost during the processing process. On the other hand, in the reconstructed image p1006, almost no brightness smoothing occurs, and the fine changes in brightness that appear in the original image o1002 are maintained. This shows that according to this embodiment, high frequency components are not lost and the original image can be reconstructed with higher accuracy than the conventional method.

次に、標準画像に対してノイズが付加されたノイズ付加画像を解析対象信号として用いて生成された再構成画像の例について説明する。ここで、標準画像とは、標準的な解像度を有する画像を意味する。再構成画像の大きさを、512×512とした。但し、図11、図12に示す例では、全体的に滑らかな模様を表すピーマンを被写体として用いた。その他、微細な濃淡の変化が規則的に表れるボートの表面を被写体として用いた。 Next, an example of a reconstructed image generated using a noise-added image obtained by adding noise to a standard image as an analysis target signal will be described. Here, the standard image means an image having standard resolution. The size of the reconstructed image was set to 512×512. However, in the examples shown in FIGS. 11 and 12, a green pepper exhibiting an overall smooth pattern was used as the subject. In addition, the surface of a boat, where minute changes in shading appear regularly, was used as the subject.

図12に示す原画像o1202は、図11のほぼ中央右寄りに設定された注目領域o1102内の画像に相当する。図12において、再構成画像p1206、p1208は、それぞれノイズ付加画像n1204に対して、それぞれBM3D、本実施形態の手法を用いて生成された推定パッチを集積して得られた画像である。図12に示す例でも、再構成画像p1206よりも再構成画像p1208の方が原画像o1202の模様が鮮明に再現される。特に再構成画像p1208では、茎の凹凸や照射された光の反射にぼけを生じずに原画像o1202と同様の模様が再現される。そこで、原画像に付加したノイズのレベルとしてσ5、σ10の2通り、手法としてBM3Dと本実施形態の2通り(計4通り)について再構成画像の推定精度を定量的に評価した。ここで、σ5とは、標準偏差が5となるランダムな信号値を有する系列をなすガウシアンノイズを意味する。5、10などの値は、信号値の振幅の目安となる無次元の値であって、絶対的な値ではない。 The original image o1202 shown in FIG. 12 corresponds to the image within the attention area o1102 set approximately to the right of the center in FIG. In FIG. 12, reconstructed images p1206 and p1208 are images obtained by integrating estimated patches generated using BM3D and the method of this embodiment, respectively, for the noise-added image n1204. Also in the example shown in FIG. 12, the pattern of the original image o1202 is reproduced more clearly in the reconstructed image p1208 than in the reconstructed image p1206. In particular, in the reconstructed image p1208, the same pattern as the original image o1202 is reproduced without blurring the unevenness of the stem or the reflection of the irradiated light. Therefore, the estimation accuracy of the reconstructed image was quantitatively evaluated using two methods, σ5 and σ10, as the level of noise added to the original image, and two methods, BM3D and this embodiment (four methods in total). Here, σ5 means Gaussian noise that is a series of random signal values with a standard deviation of 5. Values such as 5 and 10 are dimensionless values that serve as a guide for the amplitude of a signal value, and are not absolute values.

図13、図14は、それぞれピーマン、ボートの再構成画像の推定精度の例を示す表である。推定精度として、PSNR(ピーク信号対雑音比:Peak Signal-to-Noise Ratio)とSSIM(構造的類似性:Structural Similarity)を求めた。PSNR、SSIMは、それぞれ大きいほど再構成画像の再現性、視覚的類似性が高いことを示す指標値である。図13、図14に示す例によれば、ノイズのレベルとしてσ5、σ10のいずれについても、BM3Dよりも本実施形態を用いて生成された再構成画像の方がPSNR、SSIMが大きくなる。このことは、本実施形態によれば再構成画像の推定精度を定量的に向上できることを示す。また、ノイズレベルが低いほど、本実施形態によるPSNR、SSIMの増加傾向が著しくなる。 FIGS. 13 and 14 are tables showing examples of estimation accuracy of reconstructed images of green peppers and boats, respectively. As estimation accuracy, PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) and SSIM (Structural Similarity) were determined. PSNR and SSIM are index values indicating that the larger the PSNR and SSIM are, the higher the reproducibility and visual similarity of the reconstructed image. According to the examples shown in FIGS. 13 and 14, for both noise levels σ5 and σ10, the PSNR and SSIM of the reconstructed image generated using this embodiment are larger than those of BM3D. This shows that according to this embodiment, the estimation accuracy of the reconstructed image can be quantitatively improved. Furthermore, the lower the noise level is, the more remarkable the PSNR and SSIM according to this embodiment tend to increase.

次に、高解像度画像に対してノイズが付加されたノイズ付加画像を解析対象信号として用いて生成された再構成画像の例について説明する。ここで、高解像度画像とは、標準的な解像度よりも有意に高い解像度を有する画像を意味する。図15、図16は、画像全体の水平方向の画素数が2048個である2K画像の例である。但し、再構成画像の大きさを、512×512とした。図15に示す例では、ボートの表面を被写体として用いた。図15に示す例では、文字が付され直線や円弧の輪郭(エッジ)が顕著なクラシックカーの前面を被写体として用いた。 Next, an example of a reconstructed image generated using a noise-added image obtained by adding noise to a high-resolution image as an analysis target signal will be described. Here, a high-resolution image means an image having a significantly higher resolution than a standard resolution. 15 and 16 are examples of 2K images in which the number of pixels in the horizontal direction of the entire image is 2048. However, the size of the reconstructed image was set to 512×512. In the example shown in FIG. 15, the surface of a boat was used as the subject. In the example shown in FIG. 15, the front of a classic car with letters and prominent outlines (edges) of straight lines and arcs was used as the subject.

図15において、再構成画像p1506、p1508は、それぞれ原画像o1502に対してノイズが付加されたノイズ付加画像n1504に対して、それぞれBM3D、本実施形態の手法を用いて再構成された再構成画像である。図16において、再構成画像p1606、p1608は、それぞれ原画像o1602に対してノイズが付加されたノイズ付加画像n1604に対して、それぞれBM3D、本実施形態の手法を用いて再構成された再構成画像である。 In FIG. 15, reconstructed images p1506 and p1508 are reconstructed images obtained by reconstructing a noise-added image n1504 obtained by adding noise to an original image o1502 using BM3D and the method of this embodiment, respectively. It is. In FIG. 16, reconstructed images p1606 and p1608 are reconstructed images obtained by reconstructing a noise-added image n1604 obtained by adding noise to an original image o1602 using BM3D and the method of this embodiment, respectively. It is.

図15に示す例では、再構成画像p1506よりも再構成画像p1508の方が、図16に示す例では、再構成画像p1606よりも再構成画像p1608の方が、原画像に表れている模様が鮮明に再現される。再構成画像p1508では、ボート表面の凹凸にぼけを生じずに微細な模様が再現される。再構成画像p1608では、文字やエッジ周辺にボケが生じずに原画像と同様の鮮明な模様が再現される。高解像度画像についても、再構成画像の推定精度を定量的に評価した。そこで、図15、図16に示す原画像o1502、o1602のそれぞれに付加したノイズのレベルとしてσ5について、手法としてBM3Dと本実施形態の2通り(計4通り)について再構成画像の推定精度を定量的に評価した。 In the example shown in FIG. 15, the reconstructed image p1508 has a better pattern appearing in the original image than the reconstructed image p1506, and in the example shown in FIG. vividly reproduced. In the reconstructed image p1508, a fine pattern is reproduced without blurring the unevenness of the boat surface. In the reconstructed image p1608, a clear pattern similar to the original image is reproduced without blurring around the characters or edges. We also quantitatively evaluated the estimation accuracy of reconstructed images for high-resolution images. Therefore, regarding σ5 as the level of noise added to each of the original images o1502 and o1602 shown in FIGS. 15 and 16, we quantified the estimation accuracy of the reconstructed image using two methods (BM3D and this embodiment) (four methods in total). evaluated.

図17は、再構成画像の推定精度の例を示す表である。図17に示す例によれば、原画像o1502、o1602のいずれについても、BM3Dよりも本実施形態を用いて生成された再構成画像の方がPSNR、SSIMが大きくなる。また、原画像o1502よりも原画像o1602の方が、本実施形態による再構成画像の推定精度の向上の度合いが著しい。これは、空間周波数が高い高域成分を有するエッジを多く含む原画像o1602における画質の向上による寄与が大きいことを裏付ける。 FIG. 17 is a table showing an example of estimation accuracy of reconstructed images. According to the example shown in FIG. 17, for both the original images o1502 and o1602, the PSNR and SSIM of the reconstructed image generated using this embodiment are larger than those of BM3D. Furthermore, the degree of improvement in the estimation accuracy of the reconstructed image according to this embodiment is more remarkable for the original image o1602 than for the original image o1502. This confirms that the improvement in image quality in the original image o1602, which includes many edges having high-frequency components with high spatial frequencies, makes a large contribution.

以上に説明したように、本実施形態に係る信号処理装置10は、複数個の第1区間(例えば、参照区間)のそれぞれにおける解析対象信号から当該解析対象信号の特性を示す特性パラメータを算出する解析部(例えば、特性解析部124)を備える。信号処理装置10は、第1区間のそれぞれについて特性パラメータに基づいて第2区間(例えば、参照区間)における解析対象信号の推定値を含む区間別推定信号を生成する推定部(例えば、信号推定部126)と、第1区間のそれぞれの区間別推定信号を平均化して推定信号を生成する処理部(例えば、強調処理部128)と、を備える。この構成によれば、第1区間のそれぞれについて推定された区間別推定信号を平均化して第2区間の解析対象信号の推定値を含む推定信号を生成することができる。個々の第1区間の区間別推定信号に含まれるノイズ成分が平均化により相対的に低減する。また、個々の第1区間の区間別推定信号について抑圧または欠落した成分が相補われた推定信号が生成される。そのため、解析対象信号を構成する各成分を維持しながらノイズを抑圧することができる。 As described above, the signal processing device 10 according to the present embodiment calculates characteristic parameters indicating the characteristics of the analysis target signal from the analysis target signal in each of the plurality of first intervals (for example, reference intervals). An analysis section (eg, characteristic analysis section 124) is provided. The signal processing device 10 includes an estimator (for example, a signal estimator) that generates an estimated signal for each section including an estimated value of the signal to be analyzed in a second section (for example, a reference section) based on characteristic parameters for each of the first sections. 126), and a processing unit (for example, an emphasis processing unit 128) that generates an estimated signal by averaging the estimated signals for each section of the first section. According to this configuration, it is possible to average the section-by-section estimated signals estimated for each of the first sections to generate an estimated signal that includes the estimated value of the analysis target signal of the second section. Noise components included in the section-wise estimated signals of the individual first sections are relatively reduced by averaging. Furthermore, an estimated signal is generated in which suppressed or missing components are complemented for the section-specific estimated signal of each first section. Therefore, noise can be suppressed while maintaining each component constituting the signal to be analyzed.

また、解析部は周波数成分ごとの振幅と位相を特性パラメータとして算出し、推定部は周波数成分ごとに第1区間のそれぞれから第2区間への変位に基づいて位相の補正値(即ち、補正後の位相)を算出し、振幅と位相の補正値に基づいて第2区間における再構成値を算出し、算出した再構成値を含む周波数別推定信号を合成して区間別推定信号を生成してもよい。この構成によれば、周波数成分ごとに第1区間から第2区間までの変位に基づいて補正した位相を用いて、第1区間とは異なる第2区間における解析対象信号の周波数成分を再構成することができる。 In addition, the analysis section calculates the amplitude and phase of each frequency component as characteristic parameters, and the estimation section calculates the phase correction value (i.e., the correction value after correction) based on the displacement from each of the first sections to the second section for each frequency component. ), calculate the reconstructed value in the second section based on the amplitude and phase correction values, and synthesize the frequency-specific estimated signals including the calculated reconstructed values to generate the section-specific estimated signal. Good too. According to this configuration, the frequency components of the signal to be analyzed in the second section, which is different from the first section, are reconstructed using the phase corrected based on the displacement from the first section to the second section for each frequency component. be able to.

また、解析部は、周波数成分ごと周波数、振幅および位相に基づいて第1区間のそれぞれにおける再構成値を算出し、再構成値を含む周波数別推定信号と第1区間のそれぞれにおける解析対象信号との差分が最小化されるように、周波数成分ごとの周波数、振幅および位相を算出してもよい。この構成によれば、少数の特性パラメータにより高い精度で第2区間の周波数別推定信号を合成して得られる区間別推定信号を生成することができる。そのため、第2区間における解析対象信号を高い精度で推定することができる。 In addition, the analysis unit calculates reconstructed values in each of the first sections based on the frequency, amplitude, and phase for each frequency component, and combines the frequency-specific estimated signal including the reconstructed values with the analysis target signal in each of the first sections. The frequency, amplitude, and phase of each frequency component may be calculated so that the difference between the two frequencies is minimized. According to this configuration, it is possible to generate the section-wise estimated signal obtained by synthesizing the frequency-wise estimated signals of the second section with high precision using a small number of characteristic parameters. Therefore, the signal to be analyzed in the second section can be estimated with high accuracy.

また、処理部は、区間別推定信号のうち、第2区間における解析対象信号との差分が小さいほど優先して、平均化の対象とする区間別推定信号を少なくとも2個選択してもよい。この構成によれば、解析対象信号の再現性が高い区間別推定信号を優先して平均化に用いることができるため、解析対象信号の推定精度を向上させることができる。 Further, the processing unit may select at least two section-specific estimated signals to be averaged, giving priority to the smaller the difference from the analysis target signal in the second section among the section-specific estimated signals. According to this configuration, since it is possible to preferentially use the section-specific estimated signal with high reproducibility of the analysis target signal for averaging, it is possible to improve the estimation accuracy of the analysis target signal.

また、処理部は、第1区間のそれぞれの区間別推定信号を加重平均して推定信号を算出し、第2区間における解析対象信号との差分が大きいほど、第1区間のそれぞれの区間別推定信号の推定信号に対する寄与が小さくなるように、加重平均における第1区間のそれぞれの区間別推定信号に対する係数を定めてもよい。この構成によれば、加重平均において解析対象信号の再現性が高い区間別推定信号ほど重視されるため、解析対象信号の推定精度を向上させることができる。 In addition, the processing unit calculates the estimated signal by weighted averaging the estimated signals for each section in the first section, and the larger the difference from the analysis target signal in the second section, the more the estimated signal for each section in the first section increases. Coefficients for each section of the estimated signal in the first section in the weighted average may be determined so that the contribution of the signal to the estimated signal is small. According to this configuration, the estimation accuracy of the analysis target signal can be improved because the weighted average gives more weight to the section-specific estimated signal with higher reproducibility of the analysis target signal.

また、解析対象信号は、二次元画像における画素ごとの信号値を示す画像信号であり、複数個の第1区間と第2区間は、それぞれ異なる二次元画像の一部の領域(例えば、ブロック)であってもよい。この構成によれば、本実施形態に係る信号処理装置、信号処理方法を二次元画像の一部の領域である第2区間の推定精度を向上させながらノイズを抑圧することができる。 Furthermore, the signal to be analyzed is an image signal indicating a signal value for each pixel in a two-dimensional image, and each of the plurality of first sections and second sections is a partial region (for example, a block) of a different two-dimensional image. It may be. According to this configuration, the signal processing device and the signal processing method according to the present embodiment can suppress noise while improving the estimation accuracy of the second section, which is a partial region of a two-dimensional image.

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。 Although one embodiment of the present invention has been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to that described above, and various design changes etc. may be made without departing from the gist of the present invention. It is possible to

例えば、上記の実施形態は解析対象信号として二次元信号の一種である平面画像を示す画像データを用いる場合を例にしたが、これには限られない。解析対象信号は、一次元信号または三次元以上の次元数のデータであってもよい。また、解析対象信号は、音声信号、加速度信号、生体信号、気温、気圧、などの物理量を信号値として有する系列に限られず、株式をはじめとする有価証券や種々の物品の価格、為替交換率、ある地域の人口などの社会現象を示す指標値を信号値として有する系列であってもよい。また、特性パラメータは、NHAに限られず、解析対象信号の特性を表現できるとともに、算出した特性パラメータに基づいて参照区間とは別個の周囲区間における解析対象信号を高い精度で推定できる数理モデルに係るパラメータであってもよい。例えば、数理モデルとして一次関数で信号値の特性を高い精度で回帰できる解析対象信号については、切片と傾きが特性パラメータに相当する。 For example, in the embodiments described above, image data representing a planar image, which is a type of two-dimensional signal, is used as the analysis target signal, but the present invention is not limited to this. The signal to be analyzed may be a one-dimensional signal or data having three or more dimensions. In addition, the signals to be analyzed are not limited to those having physical quantities such as audio signals, acceleration signals, biological signals, temperature, and atmospheric pressure as signal values, but also the prices of securities such as stocks and various goods, exchange rates, etc. , it may be a series having an index value indicating a social phenomenon such as the population of a certain area as a signal value. In addition, the characteristic parameters are not limited to NHA, but also relate to mathematical models that can express the characteristics of the signal to be analyzed and can estimate the signal to be analyzed with high accuracy in a surrounding interval separate from the reference interval based on the calculated characteristic parameters. It may be a parameter. For example, for a signal to be analyzed in which the characteristics of a signal value can be regressed with high precision using a linear function as a mathematical model, the intercept and slope correspond to the characteristic parameters.

解析対象信号は、時間または空間的に等間隔でサンプルされた信号値の系列に限られず、不等間隔でサンプルされた信号値の系列であってもよい。
平均化処理の手法は、信号成分をノイズ成分よりも相対的に強調できる手法であれば、BM3Dを応用した手法に限られず、他の手法、例えば、非局所平均化フィルタリング法(NLM: Non-local Means Filtering)を応用した手法であってもよい。NLMにおいても、画像の一部の周囲パッチに代え、上記のブロック別推定パッチを適用すればよい。また、平均化処理の対象は、個々の周囲区間の区間別推定信号に限られず、参照区間の解析対象信号も含まれてもよい。その場合においても、参照区間の解析対象信号に含まれるノイズ成分と、区間別推定信号に含まれるノイズ成分とを平均化して合成されるノイズ成分を、合成される信号成分よりも相対的に低減することができる。
The signal to be analyzed is not limited to a series of signal values sampled at equal intervals in time or space, but may also be a series of signal values sampled at unequal intervals.
The averaging processing method is not limited to a method that applies BM3D, as long as the signal component can be emphasized relatively more than the noise component, and other methods such as non-local averaging filtering method (NLM) can be used. A method applying local means filtering may also be used. In NLM as well, the above estimated patch for each block may be applied instead of the patch surrounding a part of the image. Furthermore, the targets of the averaging process are not limited to the section-by-section estimated signals of individual surrounding sections, but may also include analysis target signals of reference sections. Even in that case, the noise component that is synthesized by averaging the noise component included in the signal to be analyzed in the reference section and the noise component included in the estimated signal for each section is relatively reduced compared to the signal component that is synthesized. can do.

解析対象信号として、平面画像または立体画像を示す画像データが用いられる場合には、本実施形態は、コンピュータグラフィクスにおける要素技術として応用されてもよい。例えば、映画、ゲームコンテンツ、放送番組映像などの映像の編集におけるノイズ成分の除去の他、欠落部分の補間、拡張(外挿処理)などに利用されてもよい。その場合、制御部120は、補間もしくは拡張される領域を、参照ブロックとして特定すればよい。 When image data representing a two-dimensional image or a three-dimensional image is used as the signal to be analyzed, the present embodiment may be applied as an elemental technology in computer graphics. For example, in addition to removing noise components in editing videos such as movies, game content, and broadcast program videos, it may also be used to interpolate and extend (extrapolation processing) missing portions. In that case, the control unit 120 may specify the area to be interpolated or expanded as a reference block.

10…信号処理装置、102…プロセッサ、104…ROM、106…RAM、108…操作入力部、110…表示部、112…入出力部、120…制御部、122…信号取得部、124…特性解析部、126…信号推定部、128…強調処理部、140…記憶部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Signal processing device, 102... Processor, 104... ROM, 106... RAM, 108... Operation input section, 110... Display section, 112... Input/output section, 120... Control section, 122... Signal acquisition section, 124... Characteristic analysis unit, 126...signal estimation unit, 128...emphasis processing unit, 140...storage unit

Claims (7)

複数個の第1区間のそれぞれにおける解析対象信号から当該解析対象信号の特性を示す特性パラメータを算出する解析部と、
前記第1区間のそれぞれについて前記特性パラメータに基づいて第2区間における解析対象信号の推定値を含む区間別推定信号を生成する推定部と、
前記第1区間のそれぞれの区間別推定信号を平均化して推定信号を生成する処理部と、 を備え
前記解析部は、周波数成分ごとの振幅と位相を前記特性パラメータとして算出し、
前記推定部は、前記周波数成分ごとに前記第1区間のそれぞれから前記第2区間への変位に基づいて前記位相の補正値を算出し、前記振幅と前記位相の補正値に基づいて前記第2区間における再構成値を算出し、
前記再構成値を含む周波数別推定信号を合成して前記区間別推定信号を生成する
信号処理装置。
an analysis unit that calculates a characteristic parameter indicating a characteristic of the analysis target signal from the analysis target signal in each of the plurality of first sections;
an estimation unit that generates an estimated signal for each section including an estimated value of the signal to be analyzed in a second section based on the characteristic parameter for each of the first sections;
a processing unit that averages the estimated signals for each section of the first section to generate an estimated signal ;
The analysis unit calculates the amplitude and phase of each frequency component as the characteristic parameters,
The estimation unit calculates the phase correction value based on the displacement from each of the first sections to the second section for each frequency component, and calculates the phase correction value based on the amplitude and the phase correction value. Calculate the reconstructed value in the interval,
The frequency-based estimated signals including the reconstructed values are combined to generate the section-based estimated signal.
Signal processing device.
前記解析部は、前記周波数成分ごとの周波数、振幅および位相に基づいて前記第1区間のそれぞれにおける再構成値を算出し、
前記再構成値を含む周波数別推定信号と当該第1区間のそれぞれにおける解析対象信号との差分が最小化されるように、前記周波数成分ごとの周波数、振幅および位相を算出する
請求項に記載の信号処理装置。
The analysis unit calculates a reconstruction value in each of the first sections based on the frequency, amplitude, and phase of each frequency component,
The frequency, amplitude, and phase of each frequency component are calculated so that the difference between the frequency-specific estimated signal including the reconstructed value and the analysis target signal in each of the first sections is minimized. signal processing device.
前記処理部は、前記区間別推定信号のうち、前記第2区間における前記解析対象信号との差分が小さいほど優先して、前記平均化の対象とする区間別推定信号を少なくとも2個選択する
請求項1または請求項2に記載の信号処理装置。
The processing unit selects at least two section-specific estimated signals to be averaged, giving priority to smaller differences from the analysis target signal in the second section from among the section-specific estimated signals. The signal processing device according to claim 1 or claim 2 .
前記処理部は、前記第1区間のそれぞれの区間別推定信号を加重平均して前記推定信号を算出し、
前記第2区間における前記解析対象信号との差分が大きいほど、前記第1区間のそれぞれの区間別推定信号の前記推定信号に対する寄与が小さくなるように、前記加重平均における前記第1区間のそれぞれの区間別推定信号に対する係数を定める
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の信号処理装置。
The processing unit calculates the estimated signal by weighted averaging the estimated signals for each section of the first section,
Each of the first intervals in the weighted average is set such that the larger the difference between the second interval and the analysis target signal, the smaller the contribution of each interval estimated signal of the first interval to the estimated signal. The signal processing device according to any one of claims 1 to 3 , wherein a coefficient for an estimated signal for each section is determined.
前記解析対象信号は、二次元画像における画素ごとの信号値を示す画像信号であり、 複数個の前記第1区間と前記第2区間は、それぞれ異なる前記二次元画像の一部の領域である
請求項1から請求項のいずれか一項に記載の信号処理装置。
The analysis target signal is an image signal indicating a signal value for each pixel in a two-dimensional image, and the plurality of first sections and the plurality of second sections are respective different partial regions of the two-dimensional image. The signal processing device according to any one of claims 1 to 4 .
信号処理装置における信号処理方法であって、
複数個の第1区間のそれぞれにおける解析対象信号から当該解析対象信号の特性を示す特性パラメータを算出する第1ステップと、
前記第1区間のそれぞれについて前記特性パラメータに基づいて第2区間における解析対象信号の推定値を含む区間別推定信号を生成する第2ステップと、
前記第1区間のそれぞれの区間別推定信号を平均化して推定信号を生成する第3ステップと、を有し、
前記第1ステップは、周波数成分ごとの振幅と位相を前記特性パラメータとして算出し、
前記第2ステップは、前記周波数成分ごとに前記第1区間のそれぞれから前記第2区間への変位に基づいて前記位相の補正値を算出し、前記振幅と前記位相の補正値に基づいて前記第2区間における再構成値を算出し、
前記再構成値を含む周波数別推定信号を合成して前記区間別推定信号を生成する
信号処理方法。
A signal processing method in a signal processing device, the method comprising:
a first step of calculating a characteristic parameter indicating a characteristic of the signal to be analyzed from the signal to be analyzed in each of the plurality of first sections;
a second step of generating an estimated signal for each section including an estimated value of the signal to be analyzed in a second section based on the characteristic parameter for each of the first sections;
a third step of generating an estimated signal by averaging the estimated signals for each section of the first section ,
In the first step, the amplitude and phase of each frequency component are calculated as the characteristic parameters,
The second step includes calculating the phase correction value based on the displacement from each of the first sections to the second section for each frequency component, and calculating the phase correction value based on the amplitude and phase correction values. Calculate the reconstructed values in two sections,
The frequency-based estimated signals including the reconstructed values are combined to generate the section-based estimated signal.
Signal processing method.
信号処理装置のコンピュータに、
複数個の第1区間のそれぞれにおける解析対象信号から当該解析対象信号の特性を示す特性パラメータを算出する第1手順と、
前記第1区間のそれぞれについて前記特性パラメータに基づいて第2区間における解析対象信号の推定値を含む区間別推定信号を生成する第2手順と、
前記第1区間のそれぞれの区間別推定信号を平均化して推定信号を生成する第3手順と、
を実行させるためのプログラムであって、
前記第1手順は、周波数成分ごとの振幅と位相を前記特性パラメータとして算出し、
前記第2手順は、前記周波数成分ごとに前記第1区間のそれぞれから前記第2区間への変位に基づいて前記位相の補正値を算出し、前記振幅と前記位相の補正値に基づいて前記第2区間における再構成値を算出し、
前記再構成値を含む周波数別推定信号を合成して前記区間別推定信号を生成する
プログラム。
In the computer of the signal processing device,
a first step of calculating a characteristic parameter indicating a characteristic of the analysis target signal from the analysis target signal in each of the plurality of first sections;
a second step of generating an estimated signal for each section including an estimated value of the signal to be analyzed in a second section based on the characteristic parameter for each of the first sections;
a third step of generating an estimated signal by averaging the estimated signals for each section of the first section;
A program for executing
The first step is to calculate the amplitude and phase of each frequency component as the characteristic parameters,
The second step is to calculate the phase correction value based on the displacement from each of the first sections to the second section for each frequency component, and calculate the phase correction value based on the amplitude and phase correction values. Calculate the reconstructed values in two sections,
The frequency-based estimated signals including the reconstructed values are combined to generate the section-based estimated signal.
program.
JP2020052998A 2020-03-24 2020-03-24 Signal processing device, signal processing method and program Active JP7427239B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020052998A JP7427239B2 (en) 2020-03-24 2020-03-24 Signal processing device, signal processing method and program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020052998A JP7427239B2 (en) 2020-03-24 2020-03-24 Signal processing device, signal processing method and program

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021152763A JP2021152763A (en) 2021-09-30
JP7427239B2 true JP7427239B2 (en) 2024-02-05

Family

ID=77886562

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020052998A Active JP7427239B2 (en) 2020-03-24 2020-03-24 Signal processing device, signal processing method and program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7427239B2 (en)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018154733A1 (en) 2017-02-24 2018-08-30 三菱電機株式会社 Electric motor torque pulsation correction device and correction method, and elevator control device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018154733A1 (en) 2017-02-24 2018-08-30 三菱電機株式会社 Electric motor torque pulsation correction device and correction method, and elevator control device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021152763A (en) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Efficient single image dehazing and denoising: An efficient multi-scale correlated wavelet approach
EP2993642B1 (en) Method and apparatus for generating sharp image based on blurry image
Gupta et al. Review of different local and global contrast enhancement techniques for a digital image
US20150086131A1 (en) Single-image super resolution and denoising using multiple wavelet domain sparsity
EP3563339B1 (en) Method and device for image processing
US9569684B2 (en) Image enhancement using self-examples and external examples
JP2001057677A (en) Image processing method, system and recording medium
US20140050417A1 (en) Image filtering based on structural information
US8260076B1 (en) Constant time filtering
CN104820969A (en) Real-time blind image restoration method
US8139891B2 (en) System and method for structure enhancement and noise reduction in medical images
CN109982090B (en) Sampling rate self-adaptive block compression sensing method combining gray level entropy and blind deconvolution
Bindilatti et al. Poisson Wiener filtering with non-local weighted parameter estimation using stochastic distances
CN103020922A (en) PCA (principal component analysis) transformation based SAR (synthetic aperture radar) image speckle suppression method
US20200118250A1 (en) Image processing apparatus, image processing method, and non-transitory computer-readable storage medium
US7136079B2 (en) Edge preserving smoothing method
Gomez et al. Supervised constrained optimization of Bayesian nonlocal means filter with sigma preselection for despeckling SAR images
JP4281135B2 (en) Image quality improving method and image quality improving apparatus
Wang et al. A wavelet-based image denoising using least squares support vector machine
Leigh et al. Comprehensive analysis on the effects of noise estimation strategies on image noise artifact suppression performance
Zhu et al. Low-light image enhancement network with decomposition and adaptive information fusion
Rajabi et al. A Modified adaptive hysteresis smoothing approach for image denoising based on spatial domain redundancy
CN108629740B (en) Image denoising processing method and device
JP7427239B2 (en) Signal processing device, signal processing method and program
Park et al. False contour reduction using neural networks and adaptive bi-directional smoothing

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7426

Effective date: 20200508

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20200508

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20221227

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20231010

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231222

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240117

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7427239

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150